Nghiên cứu ứng dụng phần mềm topsolid trong thiết kế và gia công

MỤC LỤC
HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...............................................................4
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................8
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................9
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................10
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ CHUNG VỀ THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN ÉP
NHỰA .......................................................................................................................12
1.1. Cơ sở chung trong thiết kế khuôn ép nhựa. .............................................12
1.1.1. Tổng quan về khuôn. .........................................................................12
1.1.2. Khuôn ép nhựa. .................................................................................13
1.1.3. Các loại nhựa sử dụng tạo hình sản phẩm. ........................................25
1.1.4. Máy ép phun. .....................................................................................26
1.2. Cơ sở về gia công khuôn ép nhựa. ...........................................................28
1.2.1. Đặc điểm gia công và các loại hình gia công khuôn ép nhựa. ..........28
1.2.2. Các bề mặt tạo hình trong khuôn ép nhựa. ........................................28
1.2.3. Gia công cắt gọt trong chế tạo khuôn ép nhựa. .................................29
CHƢƠNG 2.
CƠ SỞ ỨNG DỤNG CỦA PHẦN MỀM TOPSOLID TRONG
THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN ÉP NHỰA. .............................30
2.1. Tổng quan về công nghệ CAD/CAM – CNC. .........................................30
2.1.1. Khái niệm về CAD, CAM, CAE, CNC. ............................................30
2.1.2. Các ứng dụng trong hệ thống CAD/CAM. .......................................30
2.1.3. Giới thiệu một số phần mềm CAD/CAM. ........................................30
2.2. Giao diện, các chức năng và thao tác cơ bản của phần mềm TopSolid. ..31
2.2.1. Các module ứng dụng. .......................................................................32
2.2.2. Giao diện chung. ................................................................................35
2.2.3. Thao tác chung với chuột và bàn phím. ............................................42
2.2.4. Hệ tọa độ và thiết lập hệ tọa độ, mặt phẳng làm việc. ......................43
2.2.5. Thanh công cụ và các bƣớc sử dụng. ................................................47
2.2.6. Thiết lập và quản lý các đối tƣợng làm việc. ....................................48
2.3. Module thiết kế của phần mềm TopSolid. ...............................................52

2.3.1.

Curves: tạo các đƣờng phác thảo trong không gian. ................52

2.3.2.

Sketch: tạo các đƣờng phác thảo trong mặt phẳng vẽ (Sketch). .... 56

2.3.3.

Shapes: tạo các khối (chi tiết). ........................................................... 57

2.3.4.

Surface: tạo các bề mặt cong. ............................................................ 59

1


2.3.5.

Kinematics – Dynamics: thiết lập mô phỏng, truyền động. .......... 59

2.3.6.

Assembly: tạo quan hệ lắp ráp giữa các chi tiết. ............................. 59

2.3.7.
Attributes: thiết lập thuộc tính cho các đối tƣợng. .......................... 60
2.4. Module thiết kế khuôn của phần mềm TopSolid. ............................................. 60

2.4.1.
Part and block: phân tích sản phẩm, phân tách bề mặt phân khuôn
và tạo lòng lõi khuôn. ......................................................................................................... 61
2.4.2.

Slide elements: thiết kế lõi trƣợt........................................................ 63

4.2.3.

Management: thiết lập, hiệu chỉnh các bộ phận khuôn. .................. 64

2.4.4.

Mold base: lựa chọn kích thƣớc bộ khuôn, thiết kế các tấm khuôn.... 65

2.4.5.

Cooling and Runner: thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa và làm mát.... 66

2.4.6.

Guiding: lựa chọn các chi tiết định vị. .............................................. 67

2.4.7.

Ejection: lựa chọn các chốt, ống đẩy. ............................................... 67

2.4.8.
Fasteners and annex: lựa chọn các chi tiết tiêu chuẩn khác. ........... 67
2.5. Module lập trình gia công cho máy CNC của phần mềm TopSolid. .............. 68

2.5.1.
Môi trƣờng CAM.......................................................................................... 68
2.5.3.
Một số công cụ lập trình gia công CNC trên phần mềm TopSolid. ........ 77
2.5.4.
Kiểm tra kết quả gia công trên phần mềm. ................................................ 79
CHƢƠNG 3.
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOPSOLID TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA
CÔNG KHUÔN ÉP NHỰA. ................................................................................................. 80
3.1. Ứng dụng phần mềm TopSolid trong thiết kế khuôn sản phẩm PUSH – nút
mở tủ điện. ........................................................................................................................... 80
3.1.1.
Phân tích sản phẩm mẫu cần thiết kế khuôn ép nhựa. .............................. 80
3.1.2.
Phân tích các bƣớc thiết kế khuôn. ............................................................. 81
3.2. Ứng dụng phần mềm TopSolid trong lập trình gia công khuôn. ..................... 89
3.2.1.
Phân tích sản phẩm cần gia công. ............................................................... 89
3.2.2.
Các bƣớc lập trình ứng dụng trên TopSolid............................................... 89
3.2.3.
Các bƣớc thực hiện gia công. ...................................................................... 96
CHƢƠNG 4. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG CỦA PHẦN
MỀM TOPSOLID TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN ÉP NHỰA. ........... 98
4.1. Kết quả thực hiện trên phần mềm TopSolid. ..................................................... 98
4.2. Sản phẩm khuôn thiết kế và chế tạo. .................................................................. 98

2

4.3. Nhận xét chung về quá trình ứng dụng. ............................................................. 99
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ. .................................................................................... 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 102
PHỤ LỤC............................................................................................................................... 103

3


HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.
Hình 1.2.
Hình 1.3.
Hình 1.4.
Hình 1.5.
Hình 1.6.
Hình 1.7.
Hình 1.8.
Hình 1.9.
Hình 1.10.
Hình 1.11.
Hình 1.12.
Hình 1.13.
Hình 1.13.
Hình 1.14.
Hình 1.15.
Hình 1.17.
Hình 2.1.
Hình 2.2.
Hình 2.3.
Hình 2.4.

Hình 2.5.
Hình 2.6.
Hình 2.7.
Hình 2.8.
Hình 2.9.
Hình 2.10.
Hình 2.11.
Hình 2.12.
Hình 2.13.
Hình 2.14.
Hình 2.15.
Hình 2.16.
Hình 2.17.
Hình 2.18.

Khuôn ép nhựa. .................................................................................12
Phân loại khuôn ép nhựa theo khả năng thoát khí, điền đầy. ...........13
Phân loại khuôn ép nhựa...................................................................14
Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa. ..................................................15
Tấm khuôn trên. .................................................................................17
Tấm khuôn dưới. ................................................................................18
Một số loại vòng định vị. ...................................................................19
Bạc cuống phun. ................................................................................19
Một số loại chốt dẫn hướng...............................................................19
Một số loại bạc dẫn hướng. ...............................................................20
Một số loại chốt đẩy. .........................................................................20
Một số cách bố trí lòng khuôn. ..........................................................22
Hệ thống dẫn nhựa. ...........................................................................23
Tiết diện kênh dẫn nhựa. ...................................................................23
Tiết diện kênh dẫn làm mát. ..............................................................24

Máy ép phun. .....................................................................................26
Các đường quỹ đạo gia công.............................................................29
Giao diện kích hoạt cơ bản của phần mềm TopSolid .......................31
Khởi tạo môi trường thiết kế .............................................................32
Các mô hình thiết kế trong môi trường Design. ................................32
Khởi tạo môi trường CAM.................................................................32
Khởi tạo môi trường Draft. ...............................................................33
Khởi tạo môi trường Mold.................................................................33
Khởi tạo môi trường SheetMetal. ......................................................33
Khởi tạo môi trường Progress...........................................................34
Khởi tạo môi trường Wire. ................................................................34
Khởi tạo môi trường WoodCam. .......................................................34
Giao diện đồ họa. ..............................................................................35
Các vùng chức năng. ........................................................................35
Hộp thoại Appication configuraton điều chỉnh cấu hình. .................36
Hệ trục quan sát. ...............................................................................37
Các công cụ hiển thị quan sát. ..........................................................37
Mô hình mô phỏng. ............................................................................38
Thuộc tính hiển thị. ............................................................................38
Menu hệ thống. ..................................................................................39

4


Hình 2.19.
(Design).
Hình 2.20.
Hình 2.21.
Hình 2.22.
Hình 2.23.

Hình 2.24.
Hình 2.25.
Hình 2.26.
Hình 2.27.
Hình 2.28.
Hình 2.29.
Hình 2.30.
Hình 2.31.
Hình 2.32.
Hình 2.33.
Hình 2.34.
Hình 2.35.
Hình 2.36.
Hình 2.37.
Hình 2.38.
Hình 2.39.
Hình 2.40.
Hình 2.41.
Hình 2.42.
Hình 2.43.
Hình 2.44.
Hình 2.45.
Hình 2.46.
Hình 2.47.
Hình 2.48.
Hình 2.49.
Hình 2.50.
Hình 2.51.
Hình 2.52.
Hình 2.53.

Thanh công cụ môi trường (Context bar) trong môi trường thiết kế
...........................................................................................................39
Thanh công cụ ngữ cảnh (Work bar) hiển thị ngữ cảnh của Curves . ..
...........................................................................................................40
Dòng nhắc trạng thái lệnh.................................................................40
Thanh trạng thái. ...............................................................................41
Mặt phẳng tọa độ và hệ trục quan sát. ..............................................43
Các công cụ ngữ cảnh của lựa chọn hệ tọa độ làm việc. ..................45
Tác động với hệ trục lựa chọn trên dòng nhắc trạng thái lệnh. .......46
Tác động với hệ trục lựa chọn trên cây quản lý. ...............................47
Cài đặt nhanh cho Quick line styles. .................................................48
Tạo layer. ...........................................................................................49
Chọn layer sử dụng. ..........................................................................49
Các lựa chọn trong quản lý layer. .....................................................50
Tạo thẻ quản lý. .................................................................................50
Các lựa chọn tác động quản lý đối tượng. ........................................51
Menu hệ thiết kế trong Curves . ........................................................52
Các lựa chọn phương thức vẽ của lệnh Create contour. ..................53
Phương thức vẽ trong mặc định Contour. .........................................53
Chọn và khởi tạo Sketch. ...................................................................56
Quản lý hiển thị khuôn với Visualize. ................................................61
Tạo đường phân khuôn. .....................................................................62
Tạo mặt phân khuôn. .........................................................................62
Tạo lòng và lõi khuôn. .......................................................................63
Lòng khuôn sau khi tạo lõi trượt. ......................................................63
Hộp thoại Slide creation chọn kích thước khối trượt. .......................64
Hộp thoại lựa chọn các kích thước má trượt. ...................................64
Các công cụ của Management. .........................................................64
Hộp thoại lựa chọn cách bố trí nhân lòng khuôn. ............................65

Hộp thoại lựa chọn kích thước các tấm khuôn..................................65
Hộp thoại lựa chọn kích thước bạc cuống phun. ..............................66
Hộp thoại lựa chọn kích thước chốt đẩy. ..........................................67
Các công cụ lựa chọn trong Fasteners and annex. ...........................67
Bảng các loại dụng cụ đưa ra cho mỗi loại hình. .............................69
Bảng tìm kiếm, lựa chọn dụng cụ gia công. ......................................69
Các dạng hộp thoại điều chỉnh kiểu hình đi của dụng cụ. ................70
Hộp thoại điều chỉnh đường vào và ra dao. ......................................70

5


Hình 2.54. Một số dạng điều chỉnh lượng ăn dao và lượng dư trong các hộp
thoại điển hình...........................................................................................................71
Hình 2.55. Dạng hộp thoại điều chỉnh tốc độ cắt. ..............................................71
Hình 2.56. Điều chỉnh chiều quay và phương pháp cắt sâu. .............................71
Hình 2.57. Dạng cây thư mục quá trình gia công. .............................................72
Hình 2.58
Mô phỏng kiểm tra. ..........................................................................73
Hình 2.59. Chọn các bước cần xuất chương trình gia công. ..............................73
Hình 2.60. Đặt số hiệu chương trình. ..................................................................74
Hình 2.61. Đặt tên file và vị trí lưu dữ liệu. ........................................................74
Hình 2.62. Chương trình NC đưa ra. ..................................................................74
Hình 2.63. Lựa chọn máy gia công. ....................................................................75
Hình 2.64. Đưa phôi vào môi trường gia công. ..................................................75
Hình 2.65. Hộp thoại thiết lập phôi.....................................................................76
Hình 2.66. Kiểm tra lượng dư còn lại sau gia công. ...........................................79
Hình 3.1.
Sản phẩm ứng dụng. ..........................................................................80
Hình 3.2.

Bề mặt cần điều chỉnh góc thoát khuôn. ...........................................81
Hình 3.3.
Tạo đường phân khuôn. .....................................................................82
Hình 3.4.
Tạo đường phân khuôn. .....................................................................82
Hình 3.5.
Tạo mặt phân khuôn. .........................................................................83
Hình 3.6.
Tạo khối lòng và lõi cơ sở. ................................................................83
Hình 3.7.
Tạo khối lòng, lõi cơ sở cho sản phẩm. .............................................84
Hình 3.8.
Thiết kế lõi trượt, má kẹp. .................................................................84
Hình 3.9.
Nhân lòng, lõi khuôn. ........................................................................85
Hình 3.10. Gọi bộ khuôn cơ sở. ...........................................................................85
Hình 3.11. Lựa chọn tiêu chuẩn bộ khuôn cơ sở.................................................86
Hình 3.12. Lựa chọn kích thước bộ khuôn. .........................................................86
Hình 3.13. Tấm khuôn dưới .................................................................................87
Hình 3.14. Tấm khuôn trên ..................................................................................87
Hình 3.15. Hệ thống khuôn sản phẩm PUSH - nút mở tủ điện. ..........................88
Hình 3.16. Sản phẩm lòng khuôn. .......................................................................89
Hình 3.17. Kết quả thiết lập phôi, chuẩn chương trình. .....................................90
Hình 3.18. Thiết lập phôi và chuẩn trên máy VMC. ...........................................90
Hình 3.19. Thông số khoan định tâm lỗ. .............................................................91
Hình 3.20. Khoan lỗ định vị và lỗ bạc cuống phun. ............................................92
Hình 3.21. Chế độ gia công thô bề mặt tấm khuôn trên .....................................93
Hình 3.22. Đường chạy giao và kiểm tra quá trình đi dao gia công thô. ...........93
Hình 3.23. Thông số gia công tinh bề mặt. .........................................................94
Hình 3.24. Kiểm tra quá trình gia công với dao ngón đầu cầu. .........................94

6


Hình 3.25.
Hình 3.26.
Hình 4.1.
Hình 4.2.

Nhân đối xứng gương với chương trình ra công bề mặt lòng khuôn. ...
...........................................................................................................95
Kiểm tra lại với Verify. ......................................................................95
Khuôn ép nhựa chi tiết PUSH – nút mở tủ điện. ...............................98
Sản phẩm nhựa chi tiết PUSH tạo thành. .........................................99

7


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa
từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ các công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo
đã đƣợc ghi rõ trong Luận văn.
Tác giả

Hoàng Anh Thu

8

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Xuân Việt, ngƣời đã hƣớng dẫn và
giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đến tổ chức thực hiện và hoàn thiện Luận văn.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong Viện Sau Cơ Khí đã
truyền đạt các nội dung cần thiết để tác giả có thể thực hiện tốt các vấn đề trong
Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và các cán bộ Viện Sau Đại Học
trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo những điều kiện để tác giả hoàn thiện
Luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo nhà trƣờng và các thầy cô khoa Cơ Khí của
Trƣờng Đại học Sao Đỏ đã tạo những điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả trong
thời gian thực hiện và hoàn thiện Luận văn này.
Và tác giả cung xin cảm ơn KS. Ngô Văn Dũng (công ty HLD – Khu CN vừa và
nhỏ Từ Liêm) đã giúp đỡ và hỗ trợ các thử nghiệm ứng dụng của Luận văn.
Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, nên Luận văn không tránh khỏi những
sai sót nhất định, tác giả mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo, các
nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp để Luận văn có thể hoàn thiện và phát triển
tốt hơn.

9


PHẦN MỞ ĐẦU
Trong sự phát triển của xã hội, lĩnh vực cơ khí chiếm một vai trò quan trọng, bởi
cơ khí luôn luôn là cơ sở hạ tầng của các lĩnh vực khác khi trực tiếp hoặc gián tiếp
tạo ra máy móc, thiết bị cho mọi nghành nghề khác. Không những vậy cơ khí còn
trực tiếp tạo ra của cải vật chất cho xã hội, trực tiếp thúc đẩy kinh tế phát triển mạnh
mẽ, bởi vậy việc đầu tƣ phát triển các lĩnh vực cơ khí luôn là một trong những ƣu
tiên hàng đầu. Trong các lĩnh vực mà cơ khí đảm nhận thì sản xuất hàng tiêu dùng
và các sản phẩm phụ trợ cũng góp sức không nhỏ vào tiềm năng thúc đẩy cho nền

kinh tế, trong đó sản xuất khuôn mẫu chế tạo sản phẩm nhựa là một trong những
mặt hàng đa dạng và phong phú nhất hiện nay. Các sản phẩm nhựa có rất nhiều
những ƣu điểm cả về kinh tế lẫn tính năng sử dụng, mẫu mã lại đa dạng, phong phú
và ứng dụng gần nhƣ trong tất cả các ngành khác nhau. Thêm vào đó nghành cơ khí
cũng đang chuyển mình bằng tự động hóa, số hóa các hệ thống sản xuất truyền
thống, chính vì vậy những nghiên cứu tìm tòi để phát triển hệ thống tự động hóa
trong cơ khí cho sản xuất các sản phẩm nhựa cũng rất cần thiết để bổ xung toàn diện
các nghiên cứu về cơ khí hiện đại mới. Bởi vậy đây là lý do để tác giả lựa chọn đề
tài “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm TopSolid trong thiết kế và gia công
khuôn ép nhựa” khi khảo sát những điều kiện sau:
Lịch sử nghiên cứu: trƣớc đây có một số đề tài Luận văn Thạc sỹ và Đồ án tốt
nghiệp cũng từng nêu một số phƣơng hƣớng ứng dụng nhất định của phần mềm
TopSolid, tuy nhiên hầu hết các đề tài này đều không đề cập tới mối liên hệ
CAD/CAM-CNC trên hệ thống phần mềm TopSolid, các ứng dụng chung và riêng
cho các trƣờng hợp cụ thể. Đây chính là lý do mà tác giả khai thác trong đề tài.
Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài: là những ứng dụng CAD/CAM của phần mềm
TopSolid trên các cơ sở của lý thuyết và thực tiễn.
Phạm vi nghiên cứu: với thời lƣợng có hạn, đề tài chỉ xác định những nghiên cứu
trong phạm vi thuộc về thiết kế khuôn ép nhựa trên phần mềm TopSolid, lập trình
gia công khuôn đã thiết kế trên phần mềm Top Solid.

10


Mục tiêu nghiên cứu: Từ quá trình ứng dụng là một số đánh giá riêng về quy
trình vận dụng để có thể làm cơ sở vận dụng những đặc điểm hay và những khắc
phục cần thiết để phát triển hoàn thiện hơn về hệ thống CAD/CAM của các phần
mềm sau này.
Nội dung của đề tài bao gồm 4 chƣơng:
- Chƣơng 1:

Cơ sở chung về thiết kế và gia công khuôn ép nhựa.

Là những lý thuyết tóm tắt, chọn lọc để làm rõ các vấn đề mà đề tài đề cập
tới. Các vấn đề đó gồm có: khuôn ép nhựa, thiết kế khuôn, gia công khuôn.
- Chƣơng 2:

Cơ sở ứng dụng của phần mềm TopSolid trong thiết kế và gia

công khuôn ép nhựa.
Đề cập tới nội dung về những hỗ trợ (CAD/CAM) của phần mềm TopSolid
trong thiết kế và gia công khuôn ép nhựa.
- Chƣơng 3:

Ứng dụng của phần mềm TopSolid trong thiết kế và gia công

khuôn ép nhựa.
Là nội dung vận dụng kết hợp của những cơ sở của hai chƣơng trƣớc trong
vận dụng vào thực hiện một quy trình ứng dụng cụ thể. Làm rõ những đặc điểm
khai thác ứng dụng chung mà đề tài dùng để phân tích.
- Chƣơng 4:

Các kết quả nghiên cứu của phần mềm TopSolid trong thiết kế

và gia công khuôn ép nhựa.
Là những đánh giá tổng hợp về các nội dung đã trình bày trong Chƣơng 3
và từ đó rút ra các mục tiêu mà đề tài muốn thực hiện.
- Kết luận và kiến nghị: là những đánh giá tổng kết của Luận văn về kết quả đã
thực hiện đƣợc.
Phƣơng pháp nghiên cứu: tổng hợp các nội dung cơ sở chung nhất, phân tích

các nội dung cụ thể khi vận dụng và khảo sát thử nghiệm mẫu cho một hệ thống
đem ra thực nghiệm.

11


CHƢƠNG 1.

CƠ SỞ CHUNG VỀ THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN
ÉP NHỰA

1.1.

Cơ sở chung trong thiết kế khuôn ép nhựa.

1.1.1. Tổng quan về khuôn.
a. Khái niệm.
Có thể hiểu khuôn là một chi tiết hay một cụm các chi tiết máy cấu thành một hệ
thống dùng để tạo hình các sản phẩm theo bề mặt đƣợc tạo hình của khuôn.
b. Đặc điểm, phân loại khuôn.
- Đặc điểm:
Chi tiết chính luôn có các bề mặt tạo hình cho sản phẩm, bề mặt này có thể là
lòng, hoặc lõi khuôn.
Khi chế tạo sản phẩm, phôi phải tiếp xúc với các bề mặt tạo hình, thông qua áp
lực hoặc biến dạng nhiệt sản phẩm đƣợc tạo hình theo các bề mặt của khuôn mà vật
liệu sản phẩm tiếp xúc (khoảng trống giữa các bề mặt sẽ tạo bề dày cho chi tiết).

Hình 1.1.

Khuôn ép nhựa.

12


- Phân loại:
+Dựa theo phƣơng pháp tạo hình sản phẩm: có các loại khuôn đúc; khuôn ép;
khuôn rèn, dập; khuôn cán; khuôn đúc ly tâm …
+Dựa theo vật liệu chế tạo khuôn: có các loại khuôn cát; khuôn gỗ; khuôn thép
…
+Dựa theo vật liệu sản phẩm: khuôn đúc kim loại; khuôn ép nhựa; khuôn ép
bánh …
+Dựa theo cấu tạo khuôn: khuôn 2 tấm; khuôn 3 tấm và khuôn nhiều tầng.
1.1.2. Khuôn ép nhựa.
a. Đặc điểm và phân loại.
Là khuôn đúc, dùng để tạo hình cho các sản phẩm nhựa khi nhựa nóng chảy đƣợc
phun vào các bề mặt tạo hình (lòng và lõi) của khuôn.
Dựa theo cách điền đầy lòng khuôn của nhựa và khả năng thoát khí khuôn ép
nhựa đƣợc chia làm bốn loại sau:
- Khuôn kín.
- Khuôn hở.
- Khuôn nửa kín nửa hở.
- Khuôn ghép.
Khu«n trªn
MÐp c¾t bavia
S¶n phÈm
Khu«n d-íi(lßng khu«n)

Khu«n hë

Khu«n trªn

MÐp c¾t

Khu«n kÝn

Khu«n d-íi

Khu«n trªn
MÐp c¾t
Khu«n d-íi

Khu«n nöa
kÝn nöa hë

Hình 1.2.

Phân loại khuôn ép nhựa theo khả năng thoát khí, điền đầy.

13


b.

Cấu tạo chung.

- Do sự khác nhau rất đa dạng và phong phú của sản phẩm nhựa mà khuôn ép
nhựa cũng có các cấu tạo rất đa dạng: khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm, khuôn không rãnh
dẫn.

Tấm trên
Mặt phân

khuôn
Tấm dưới

a.

.
b.
Hình 1.3.

c.
Phân loại khuôn ép nhựa.

a. Khuôn 2 tấm.
b. Khuôn 3 tấm.
c.Khuôn không rãnh dẫn.
+Khuôn 2 tấm có cấu tạo đơn giản, gồm 2 phần: cố định và di động. Rãnh dẫn
nhựa có thể trực tiếp tạo trên bề mặt phân khuôn, do vậy dễ gia công chế tạo (giá
thành có thể giảm), nhƣng không cắt đƣợc nhựa thừa ở các kênh, rãnh dẫn (hao tổn
vật liệu và khó tự động).

14


+Khuôn 3 tấm có cấu tạo thêm tấm tháo khuôn, kênh dẫn nhựa đƣợc tạo trên
hai tấm tháo và di chuyển, do vậy dễ cắt nhựa dƣ hơn, nhƣng cấu trúc phức tạp hơn
khuôn 2 tấm (giá thành cũng cao hơn).
+Khuôn không rãnh dẫn có bộ gia nhiệt trực tiếp cấp nhựa, nhựa dƣ không
đông cứng nên tránh hao tổn nhựa tốt nhất.
- Về cấu tạo chung khuôn ép nhựa có các bộ phận sau: (Hình 1.4.)

Hình 1.4.

Cấu tạo cơ bản của khuôn ép nhựa.

1. Tấm kẹp trƣớc.

2. Tấm khuôn trên (Core).

3. Bạc cuống phun.

4. Vòng định vị.

5. Vít kẹp.

6. Hệ thống làm mát.

7. Tấm khuôn dƣới.

8.Tấm đỡ.

9. Khối đỡ.

10.Tấm giữ.

11.Tấm đẩy.

12. Tấm kẹp sau.

13.Chốt đẩy

14.Lò xo hồi

15. Chốt hồi

16.Bạc dẫn hƣớng

17.Chốt dẫn hƣớng

- Nguyên lý hoạt động:
+Đóng khuôn: thông qua các chốt dẫn hƣớng 17 và bạc dẫn hƣớng 16 hai
phần di động và cố định đƣợc ghép lại với nhau, sau đó mới ép lại với áp lực đủ lớn
để chắc chắn (nhờ lực ép của máy).

15


+Ghép họng phun: thực hiện sau khi đóng chặt khuôn, xilanh của máy ép đƣợc
điều chỉnh để tiếp xúc chắc chắn với bạc cuống phun 3.
+Phun nhựa: nhựa đƣợc nung nóng và trộn đều nhờ vít tải trong xi lanh có gia
nhiệt của máy ép và nó sẽ đƣợc dẻo hóa vì nhiệt để trở thành nhựa nóng chảy, nhựa
nóng chảy đƣợc phun vào với áp lực cao qua bạc cuống phun 3 vào các kênh dẫn và
đến lòng khuôn. Sau khi điền đầy lòng khuôn, áp lực phun nhựa vẫn đƣợc duy trì
trong quá trình nguội và đông đặc của chi tiết, nhằm đảm bảo điền đầy, giảm vết
lõm (do co ngót khi nguội).
+Làm nguội: các kênh dẫn nhiệt 6 (chứa nƣớc) sẽ làm mát đều lòng khuôn,
đảm bảo quá trình nguội và đông cứng đồng đều của sản phẩm, tránh tạo các ứng
suất dƣ và cong vênh sản phẩm và vẫn đảm bảo năng suất (thời gian).
+Lùi họng phun, mở khuôn: sau khi sản phẩm đã đông cứng họng phun đƣợc
tách khỏi bạc cuống phun 3. Tấm kẹp trƣớc 1 kẹp vào phần cố định của máy ép, tấm
kẹp sau 12 kẹp vào phần di động của máy ép, do vậy khi phần di động của máy ép

dời ra thì phần di động của khuôn cũng dời ra, khuôn đƣợc mở ra.
+Đẩy sản phẩm: sau khi khuôn đƣợc mở, bộ phận đẩy của máy ép hoạt động
đẩy vào tấm đẩy số 11, cụm chi tiết tấm đẩy số 11, tấm giữ số 10 và chốt (hoặc ống)
đẩy số 13 đƣợc đẩy lên, nhƣng tấm đỡ số 8 và tấm khuôn dƣới (cavity) số 7 đƣợc
gắn cố định với khối đỡ 9, do vậy sản phẩm đƣợc chốt đẩy số 13 tách ra khỏi tấm
khuôn dƣới (cavity) số 7 và rơi xuống.
+Hồi về: sau khi đẩy sản phẩm xong nhờ chốt hồi số 15 và lò xo hồi số 14, các
tấm giữ số 10 và tấm đẩy số 11 đƣợc trả về vị trí ban đầu (bằng tác dụng của lò xo
hoặc quá trình kẹp khuôn). Tấm giữ số 10 cũng kéo chốt đẩy số 13 trở về vị trí ban
đầu nhờ các đầu giữ của chốt. Quá trình tạo sản phẩm hoàn thành, và kết thúc một
chu kỳ thực hiện, chu kỳ tiếp theo đƣợc lặp lại các bƣớc trên.
- Các bộ phận chính:
+Tấm khuôn trên (thƣờng là tấm hốc): là tấm gắn với cố định với tấm kẹp
trên, và cố định với máy ép phun, thƣờng là tấm tạo thành bề mặt ngoài của sản
phẩm.

16


Trên tâm khuôn trên có các lỗ lắp chốt dẫn hƣớng, vít kẹp (với tấm kẹp trên),
và lỗ lắp bạc cuống phun, các đƣờng làm mát. Ngoài ra trên mặt lắp ghép với tấm
khuôn dƣới thƣờng có tạo các đƣờng rãnh dẫn nhựa, và có thể có thêm các khối
chặn cũng nhƣ các lỗ xiên lắp chốt chặn nếu cần thiết.
Do là tấm tạo hình sản phẩm nên các bề mặt lắp ghép của nó phải đảm bảo
độ chính xác cao, tránh ghép lệnh tạo nên phế phẩm và ba via nhiều. Bởi vậy nó
cũng là tấm đƣợc chú trọng trong gia công.

Hình 1.5.

Tấm khuôn trên.

+Tấm khuôn dƣới (thƣờng là tấm lõi): là tấm đƣợc ghép khối đỡ (khối đỡ
ghép cố định trên tấm kẹp dƣới, thƣờng có cả tấm đỡ lắp giữa tấm khuôn dƣới và
khối đỡ để gắn chốt hồi) do vậy nó di động cùng tấm kẹp dƣới khi máy ép mở
khuôn.
Trên tấm cũng có các lỗ chốt dẫn hƣớng để lắp ghép chính xác với tấm
khuôn trên, lỗ lắp vít kẹp (kẹp cố định với khối đỡ và tấm kẹp dƣới), các đƣờng làm
mát, các lỗ lắp chốt đẩy (hoặc ống đẩy).
Bề mặt trên (bề mặt ghép với tấm khuôn trên) của tấm khuôn dƣới đƣợc gia
công tạo nên phần trong (lõi) của sản phẩm. Với các chi tiết có rãnh, lỗ ở cạnh bên
việc theo hƣớng mở khuôn còn có cả các hƣớng ngang, do vậy cần có các khối trƣợt
(lõi trƣợt) chèn cạnh tạo hình cho các cạnh bên có rãnh, lỗ. Các khuôn có khối trƣợt
tấm khuôn dƣới sẽ đƣợc tạo hình các rãnh, hốc để lắp các khối trƣợt này (Hình
1.6.).

17


Bề mặt phân khuôn cũng thƣờng đƣợc gia công tạo các rãnh dẫn nhựa và các
đậu ngót với các khuôn hai tấm.

Hình 1.6.

Tấm khuôn dưới.

+ Tấm kẹp trên (trƣớc): có tác dụng lắp tấm khuôn trên với phần cố định của máy
ép phun. Hai mặt lắp ghép là hai mặt phẳng, trên tấm có các lỗ lắp vít kẹp (kẹp tấm
khuôn trên), lỗ lắp bạc cuống phun và các lỗ lắp vòng định vị.
+ Tấm kẹp dƣới: có tác dụng kẹp tấm khuôn dƣới với phần di động của máy ép
phun. Trên tâm có các lỗ lắp chốt định vị, vít kẹp và lỗ định vị cần đẩy của máy ép

phun.
+ Tấm đỡ: là tấm lắp giữa tấm khuôn trên và khối đỡ, có nhiệm vụ dẫn hƣớng cho
chốt hồi giữ lò xo đẩy các tấm đẩy và tấm giữ trở lại vị trí ban đầu khi quá trình đẩy
sản phẩm kết thúc.
+ Tấm đẩy: có nhiệm vụ nhận lực đẩy tử máy ép phun tác động lên các chốt đẩy.
Dịch chuyển của tấm đƣợc dẫn hƣớng bởi các chốt hồi.
+ Tấm giữ: có nhiệm vụ giữ các chốt đẩy và chốt hồi cố định với tấm đẩy nhờ các
lỗ bậc (các chốt hồi và chốt đẩy có vai).
+ Vòng định vị: là chi tiết kẹp bạc cuống phun vào tấm khuôn trên. Vòng định vị
là chi tiết lắp lẫn đƣợc tiêu chuẩn hóa và có nhiều trên thị trƣờng.

18


.
Một số loại vòng định vị.

Hình 1.7.

+ Bạc cuống phun: là chi tiết dẫn nhựa từ đầu phun của máy ép phun vào các
kênh dẫn, chi tiết này lắp ghép vào tấm kẹp trên và đƣợc kẹp bởi vòng định vị. Nó
cũng là chi tiết đƣợc tiêu chuẩn hóa và có nhiều trên thị trƣờng, nhờ vậy lỗ của tấm
kẹp trên có thể dễ dàng gia công hơn và việc thay thế cũng thuận tiện.
Đƣờng kính ngoài của các loại bạc này phổ biến là 12mm, 16mm, 20mm. Lỗ
trong của bạc có dạng côn để dễ thoát khuôn cho cuống phun.

Hình 1.8.

Bạc cuống phun.

+Chốt dẫn hƣớng: là các chi tiết sử dụng để định vị lắp ghép và dẫn hƣớng
giữa các tấm của khuôn. Các chi tiết này cũng đƣợc tiêu chuẩn hóa và có sẵn trên
thị trƣờng.

Hình 1.9.

Một số loại chốt dẫn hướng.

+ Bạc dẫn hƣớng: là chi tiết cùng với chốt dẫn hƣớng để định vị và dẫn
hƣớng khi khuôn đóng và mở. Do quá trình đóng mở theo chu kỳ là tƣơng đối lớn

19


do vậy để tránh mòn và hỏng các tấm khuôn bạc dẫn hƣớng đƣợc lắp vào tấm
khuôn dƣới. Chi tiết bạc cũng đƣợc tiêu chuẩn hóa, thuận tiện cho lắp lẫn và thay
thế khi mòn

.
Một số loại bạc dẫn hướng.

Hình 1.10.

+ Chốt đẩy: là các chi tiết sử dụng để đẩy sản phảm tách ra khỏi bề mặt lõi
của khuôn (trên tấm khuôn dƣới). Các chi tiết này cũng tiêu chuẩn hóa theo đƣờng
kính và chiều dài. Ngoài chốt đẩy ra thì hệ thống đẩy cũng có thể đẩy sản phẩm
bằng các ống đẩy, lƣỡi đẩy hay khí nén thùy thuộc vào kết cấu của sản phẩm.

Hình 1.11.

Một số loại chốt đẩy.

+ Chốt hồi: là chi tiết dùng để đẩy các tấm đẩy và tấm giữ kéo chốt đẩy trở
về vị trí ban đầu. Quá trình hồi có thể dùng lò xo hồi, và khi đóng khuôn, tấm khuôn
trên sẽ đẩy chốt hồi đóng khít xuống vị trí của nó.
+ Khối đỡ: là khối dùng để tạo khoảng hở cho quá trình dịch chuyển của tấm
đẩy khi đẩy sản phẩm.
+ Ngoài ra khuôn còn có các bộ phận khác nhƣ lõi trƣợt, chốt xiên, cữ chặn
… tùy thuộc theo kết cấu của khuôn để tạo hình sản phẩm.

20


c. Cơ sở thiết kế khuôn
- Phân tích sản phẩm nhựa: là bƣớc cần thiết để thực hiện các thiết kế sau
này, ở đây phân tích sản phẩm cần biết các thông số sau:
+ Loại nhựa sử dụng: để biết đƣợc độ co ngót, chế độ gia nhiệt, làm nguội và
áp lực ép phun.
+ Góc thoát khuôn: là độ nghiêng của bề mặt tiếp xúc với tấm lõi của khuôn,
nếu độ nghiêng không đảm bảo khuôn sẽ khó thoát ra khỏi lõi hoặc bị xƣớc, dính.
Độ nghiêng của các thành này cần xem xét kỹ chức năng làm việc của sản phẩm,
tránh ảnh hƣởng đến lắp ghép của sản phẩm.
+ Vị trí đặt miệng phun: để đảm bảo áp lực điền đầy lòng khuôn.
- Thiết kế đƣờng, bề mặt phân khuôn: sau quá trình phân tích sản phẩm cần
lựa chọn đƣờng phân và phân tách mặt phân khuôn hợp lý nhất để đảm bảo tính
thẩm mỹ, khả năng mở khuôn.
- Thiết kế lòng khuôn, kênh dẫn nhựa: là thực hiện bố trí các lòng khuôn
trong khuôn cũng nhƣ các đƣờng dẫn nhựa cho sản phẩm. Các vấn đề gồm có:
+ Số lòng khuôn: số lòng khuôn đƣợc dựa trên các tiêu chí về năng suất (thời
gian, số lƣợng sản phẩm), kích thƣớc khuôn, giá thành của khuôn và kết cấu khuôn.

Tuy nhiên về các tiêu chí kỹ thuật số lòng khuôn đƣợc tính là số nhỏ nhất theo các
tiêu chí sau:
 Dựa vào số sản phẩm trong đơn đặt hàng:
N = L.K.tc/(24.3600.tm)

(1.1)

N: số lòng khuôn tối thiểu.
L: số sản phẩm trong một lô sản xuất.
K: hệ số do phế phẩm, K = 1/(1-k), với k là tỷ lệ phế phẩm.
tc: thời gian của một chu kỳ ép phun.
tm: thời gian hoàn tất lố sản phẩm ( ngày ).


Dựa năng suất phun của máy ép.

N= 0,8.S/W

(1.2)

N: là số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.

21


S: là năng suất phun của máy ( gam/ một lần phun ).
W: là trọng lƣợng của sản phẩm.(gam).
 Dựa theo năng suất làm dẻo của máy.
N = P/ (X.W)

(1.3)

N: là số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.
P: là năng suất làm dẻo của máy.( gam/ phút).
X: là tấn số phun trong một phút.(lần/phút).
W:là trọng lƣợng của sản phẩm( gam ).

Hình 1.12.

Một số cách bố trí lòng khuôn.

Mặc dù vậy trên thực tế chế tạo cũng cần căn cứ đủ các yếu tố thực tế để đảm
bảo tính tối ƣu của thiết kế. Ví dụ: với khuôn có kết cấu các lõi trƣợt, các thiết kế
cần đảm bảo không gian của các lõi trƣợt, má kẹp và các khối chặn, do vậy nếu bố
trí số lƣợng chi tiết nhiều sẽ làm khuôn có kích thƣớc lớn khó phù hợp với máy ép
phun sẵn có, giá thành khuôn tăng, hiệu quả kinh tế thấp.
+ Hệ thống dẫn nhựa: là hệ thống đƣờng dẫn nhựa từ vòi phun của máy ép
phun đến lòng khuôn. Hệ thống dẫn nhựa gồm: cuống phun, kênh dẫn nhựa (kênh
chính và kênh nhánh), đuôi nguội chậm và miệng phun.

22


 Cuống phun: dẫn nhựa từ vòi phun vào kênh dẫn nhựa, cuống phun
thƣờng có dạng côn (trên nhỏ, dƣới to) để tạo góc thoát khuôn, tuy nhiên côn này
không đƣợc quá lớn gây tốn vật liệu và tốn thời gian nguội. Ngoài ra cuống phun
cũng có tác dụng nhƣ đuôi nguội chậm (bổ xung nhựa, tăng khả năng điền đầy lòng
khuôn). Các lỗ cuống phun thƣờng là lỗ của bạc cuống phun, bởi vậy thiết kế cuống
phun chính là lựa chọn loại bạc cuống phun.

Hình 1.13.

Hệ thống dẫn nhựa.

 Kênh dẫn nhựa: thƣờng đƣợc gia công trên các tấm khuôn đảm bảo cho
quá trình dẫn nhựa đến các lòng khuôn đƣợc đủ áp, đủ nhiệt và phân phối đều cho
các lòng khuôn.
Các kênh dẫn thƣờng có tính đối xứng, đƣờng đi ngắn nhất có thể, mặt cắt
đủ lớn và dễ dàng thoát khuôn. Dƣới đây là một số tiết diện kênh dẫn:

Hình 1.13.
Trong đó: Da

Tiết diện kênh dẫn nhựa.

= Tmax + 1,5mm = Db = Dc

Wb = 1,25Db;
B

Wc = 1,25Dc

= 5° đến 10°

23

(1.4)


Tmax là bề dày lớn nhất của thành chi tiết nhựa.

Tuy nhiên chất lƣợng và phƣơng pháp chế tạo của các kênh dẫn này cũng
khác nhau khi xét bề mặt tiếp xúc của đƣờng dẫn nhựa với các thành khuôn và diện
tích dẫn nhựa (ma sát, tổn thất nhiệt, khả năng thoát khuôn, áp suất truyền).
 Miệng phun: là phần dẫn nhựa từ kênh dẫn vào lòng khuôn, do đó nó cần
đảm bảo lƣợng nhựa sẽ điền đầy lòng khuôn. Việc thiết kế vị trí đặt miệng phun cần
phải biết: vị trí mà miệng phun phân phối nhựa là đồng đều nhất, đảm bảo áp, và
thoát khí, không gây rỗ khí trong lòng sản phẩm, và cả tính thẩm mỹ của sản phẩm
nhựa. Do vậy miệng phun không quá to và bố trí các vị trí kín nhất có thể.
Đuôi nguội chậm: có tác dụng tránh đông đặc nhựa ở các kênh dẫn nhựa,
gây mất áp, ngoài ra còn có thể bổ xung nhựa cho quá trình co ngót và đông đặc của
sản phẩm.
- Thiết kế hệ thống làm mát: có tác dụng làm nguội đồng đều sản phẩm,
tránh các biến dạng gây lỗi và giảm thời gian của chu kỳ ép phun.
Kênh làm mát cần đảm bảo các khoảng cách tới lòng khuôn đồng đều.
Thƣờng kênh làm mát đƣợc gia công khoan trên các tấm khuôn trên và dƣới, các lỗ
có độ nhám để dòng nƣớc chảy trong kênh là chảy rối, tăng khả năng trao đổi nhiệt.

Hình 1.14.

Tiết diện kênh dẫn làm mát.

Các đầu lỗ đƣợc tạo ren để lắp các nút và que chỉnh dòng.
- Thiết kế hệ thống đẩy: là hệ thống dùng đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn.
Hệ thống đẩy cần đảm bảo: hƣớng đẩy phù hợp, và vị trí đặt lực.

24


Tùy thuộc vào kết cấu sản phẩm (có lỗ, thành mỏng) mà hệ thống đẩy sử
dụng các chi tiết đẩy khác nhau nhƣ: chốt đẩy, ống đẩy, lƣỡi đẩy. Vị trí đặt lực cũng

cần đảm bảo khả năng đẩy cũng nhƣ tính thẩm mỹ của sản phẩm, tránh biến dạng
sản phẩm.
Các chi tiết của hệ thống đẩy thƣờng có tấm đẩy, tấm giữ và các chi tiết đẩy
(chốt đẩy, ống đẩy …), các chi tiết này cũng đƣợc tiêu chuẩn hóa, do vậy quá trình
thiết kế là lựa chọn các chi tiết phù hợp, đảm bảo các yêu cầu.
- Thiết kế các hệ thống khác: tấm kẹp trên, tấm kẹp dƣới, khối đỡ,… Hiện
nay các bộ khuôn hầu hết đƣợc tiêu chuẩn hóa về kích thƣớc để phù hợp với hệ
thống gá lắp trên máy ép phun, dễ chế tạo và đảm cảo các yêu cầu về cứng vững và
độ bền… do vậy khi thiết kế cần lựa chọn các kích thƣớc bộ khuôn phù hợp để giảm
công thiết kế cũng nhƣ chế tạo.
1.1.3. Các loại nhựa sử dụng tạo hình sản phẩm.
Chất dẻo hay còn gọi là nhựa (Plastic) là vật liệu hỗn hợp tạo thành từ các
hợp chất hữu cơ cao phân tử (Polyme) cùng với các chất phụ gia phù hợp với mục
đích sử dụng (chất độn, chất hóa dẻo, chất chống tĩnh điện, chất tạo màu…).
Nhựa để tạo hình sản phẩm trên hiện nay có rất nhiều loại nhựa khác nhau về
tính chất sử dụng, tuy nhiên có thể phân ra thành hai nhóm nhựa chính: nhựa nhiệt
rắn và nhựa nhiệt dẻo.
a.

Nhựa nhiệt dẻo:
Là loại nhựa mềm hoặc chảy ra nếu đƣợc nung nóng và có thể đông cứng

(solidifies) trở lại khi nguội, dƣới tác động của nhiệt nhựa này có thể mềm ra.
Nhựa dẻo nhiệt dẻo có thể phân thành chất dẻo kết tinh (crystalline plastics)
và chất dẻo vô định hình (amorphous plastics). Chất dẻo đạt đến trạng thái mềm
hoặc tan chảy đƣợc phun vào hốc khuôn trong quá trình đúc ép phun tạo thành sản
phẩm.
Một số loại nhựa nhiệt dẻo: Polyethylene (PE), Polypropylene (PP),
Polyvinylchloride (PVC), Polystyrene (PS), Polycarbonate (PC), Acrylonitrile
butadienstylene (ABS), Polyamide (PA).

25