Khắc phục lỗi cong vênh trên sản phẩm wheelback của máy hút bụi SAMSUNG bằng CAE
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.76 MB, 96 trang )
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN TẤT BIÊN
KHẮC PHỤC LỖI CONG VÊNH TRÊN SẢN PHẨM WHEELBACK CỦA
MÁY HÚT BỤI SAMSUNG BẰNG CAE.
CHUYÊN NGÀNH : CƠ ĐIỆN TỬ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CƠ ĐIỆN TỬ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Nguyễn Thị Hồng Minh
Hà Nội – Năm 2013
1
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
LỜI CẢM ƠN.
Để hoàn thành đƣợc luận văn này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận
đƣợc sự ủng hộ, giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của các thầy cô giáo, gia đình và bạn bè.
Tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.Nguyễn Thị Hồng Minh - Viện
Cơ Khí - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình định hƣớng, truyền cho tôi niềm
đam mê nghiên cứu trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh,
học viên đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và
thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè và ngƣời thân
đã động viên, khuyến khích giúp tôi vƣợt qua những khó khăn trong suốt quá trình học
tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2013
Học viên
Nguyễn Tất Biên
2
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
LỜI CẢM ƠN.
2
LỜI CAM ĐOAN.
6
Danh mục các chữ viết tắt
7
Danh mục các hình vẽ
8
PHẦN MỞ ĐẦU................................................................................................................. 10
Lý do chọn đề tài
10
Lịch sử nghiên cứu
10
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
12
Tóm tắt cô đọng nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
12
Phƣơng pháp nghiên cứu
12
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
12
Ý nghĩa khoa học
13
Ý nghĩa thực tế
13
CHƢƠNG 1. TỔNG QUÁT CHUNG ............................................................................... 14
1.1 Tổng quan về công nghệ ép phun
14
1.1.1 Giới thiệu chung về công nghệ ép phun
14
1.1.2
Sản phẩm của công nghệ ép phun
16
1.1.3
Kết cấu và phân loại công nghệ ép phun
17
1.1.4 Vật liệu trong công nghệ ép phun
1.2.
25
Quy trình thiết kế khuôn
25
1.2.1
Chọn vật liệu làm khuôn.
25
1.2.2
Bố trí lòng khuôn.
26
1.2.3
Hình dạng và vị trí miệng phun
26
1.2.4
Hệ thống cấp nhựa
28
1.2.5
Hệ thống HotRunner
29
1.2.6
Hệ thống dẫn hƣớng
34
1.2.8
Các hệ thống đẩy
41
3
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
1.2.9
Hệ thống thoát khí
45
1.2.10 Các kết cấu phụ
45
1.3 Tổng quan về CAE và phần mềm Moldex3D
46
1.3.1
Tìm hiểu CAE
46
1.3.2
Giới thiệu phần mềm Moldex3D
49
1.4
Các thông số ép phun ảnh hƣởng đến sản phẩm sau khi ép phun
51
1.6
Giới hạn vấn đề trong phạm vi nghiên cứu
57
1.7
Cấu trúc luận văn
58
1.8. Tiểu kết chƣơng
58
CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ÉP PHUN ĐẾN CHỈ
TIÊU KÍCH THƢỚC CONG VÊNH BẰNG CÔNG CỤ CAE ........................................ 60
2.1
Xác định miền tham số khảo sát của các thông số ép phun ảnh hƣởng đến kích
thƣớc chi tiết
60
Bảng 2.2: Các thông số ép phun cho mô phỏng
62
2.2
Thiết lập qui trình mô phỏng
62
2.2.1
Thiết lập bộ thông số mô phỏng
62
2.2.2
Quá trình chạy mô phỏng
62
2.3
Xuất dữ liệu và xử lý kết quả mô phỏng
64
2.3.1
Dữ liệu mô phỏng
64
2.3.2
Đánh giá ảnh hƣởng của các thông số ép phun đến kích thƣớc chi tiết
66
2.4 Tiểu kết chƣơng
73
CHƢƠNG 3: QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ KẾT QUẢ ........................... 74
3.1
Mục tiêu thực nghiệm
74
3.2
Xây dựng hệ thống thực nghiệm
74
3.2.1
Xây dựng sơ đồ thực nghiệm tổng thể
74
3.2.2
Trang bị thực nghiệm
75
3.3
Phƣơng pháp đo
77
3.4
Bộ thông số thực nghiệm
78
4
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
3.5 Kết quả xử lý số liệu và thiết lập quan hệ giữa các thông số ép phun đến chỉ tiêu kích
thƣớc của sản phẩm
78
3.5.1
Xu hƣớng ảnh hƣởng của các thông số ép phun tới kích thƣớc của sản phẩm 79
3.5.2
Xu hƣớng ảnh hƣởng của các thông số ép phun đến kích thƣớc của sản phẩm
trong 2 phƣơng pháp mô phỏng và thực nghiệm.
87
3.6. Mối liên hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng đến sai số giữa quá trình mô phỏng và thực
nghiệm.
89
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 92
4.1 Tóm tắt kết quả
92
4.2 Đánh giá
92
4.3 Định hƣớng nghiên cứu
93
5
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
LỜI CAM ĐOAN.
Tôi xin cam đoan nội dung trong quyển luận văn này với đề tài: “Khắc phục lỗi
cong vênh trên sản phẩm Wheelback của máy hút bụi Samsung bằng CAE” là công
trình nghiên cứu và sáng tạo của chính tác giả Nguyễn Tất Biên với sự hƣớng dẫn tận tình
của PGS.TS. Nguyễn Thị Hồng Minh – Viện Cơ khí – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội
Ngày 20/12/2013
Nguyễn Tất Biên
6
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Danh mục các chữ viết tắt
CAD
Computer Aided Design
Thiết kế với trợ giúp của máy tính
CAM
Computer Aided Manufacturing
Sản xuất có trợ giúp của máy tính
CAE
Computer Aided Engineering
Công nghệ trợ giúp của máy tính
ISO
International Standards Organization
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
STL
Standard Template Library
Thƣ viện mã chuẩn
3D
3 Dimensions
3 chiều
PVT
Pressure Volume Temperature
Áp suất- thể tích- nhiệt độ
t filling
Filling time
Thời gian điền đầy
t packing
Packing time
Thời gian giữ áp (Bồi áp)
tcooling
Cooling time
Thời gian làm lạnh
7
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Danh mục các hình vẽ
Hình
Miêu tả
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Công nghệ ép phun
Sản phẩm nhựa gia dụng
Sản phẩm nhựa kỹ thuật
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 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16
Hình 1.17
Hình 1.18
Hình 1.19
Hình 1.20
Hình 1.21
Hình ảnh minh họa máy ép phun
Sơ đồ kết cấu máy ép phun.
Kết cấu khuôn ép nhụa
Hoạt động của khuôn 2 tấm
Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng.
Hoạt động của khuôn 3 tấm
Các loại miệng phun
Vị trí các cổng phun
Cuống phun.
Các loại kênh dẫn
Kiểu valve gate- open gate
Hệ thống Hot runner
Hệ thống dẫn hƣớng
Kích thƣớc làm nguội cho thiết kế
Dòng chảy của chất làm lạnh
Bố trí kênh dẫn nguội làm lạnh đều sản phẩm
Kênh dẫn nguội không nên quá dài
Bố trí kênh nguội theo từng kênh riêng biệt
Hình 1.22
Bố trí kênh nguội theo dạng vòng 1 cấp
Hình 1.23
Hình 1.24
Hình 1.25
Hình 1.26
Hình 1.27
Hình 1.28
Hình 1.29
Hình 1.30
Hình 1.31
Hình 1.32
Bố trí kênh nguội theo dạng vòng nhiều cấp
Các nút điều chình dòng đƣợc lắp trên khuôn
Nút và que làm lệch hƣớng trên khuôn
Một số loại nút và que làm lệch hƣớng trên khuôn
Chu kỳ ép phun
Kích thƣớc chốt đẩy
Kích thƣớc lƣỡi đẩy
Kích thƣớc ống đẩy
Chốt đẩy
Chốt dẫn hƣớng
Trang
8
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Hình 1.33
Hình 1.34
Hình 1.35
Hình 1.36
Hình 1.37
Hình 1.38
Hình 1.39
Hình 1.40
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 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Bulông móc cẩu
Các lĩnh vực ứng dụng của CAE
Các công ty sử dụng phần mềm MOLDEX3D
Các module của Moldex3D
Độ sụt áp trong khuôn
Chi tiết Wheelback
Bản vẽ chi tiết Wheelback
Thống kê lỗi tháng 8/ 2013 của chi tiết Wheelback
Sơ đồ khối quá trình chạy mô phỏng
Môi trƣờng Edesigner
Môi trƣờng Edesign
Tọa độ điểm đo chi tiết
Kích thƣớc chi tiết với 5 bộ thông số ép phun
Ảnh hƣởng của thời gian điền đầy tới kích thƣớc chi tiết
Quan hệ giữa tốc độ chảy và độ nhớt của nhựa PP_Daelim-333
Ảnh hƣởng của thời gian giữ áp tới kích thƣớc chi tiết
Ảnh hƣởng của thời gian làm lạnh tới kích thƣớc chi tiết
Độ biến thiên kích thƣớc L của chi tiết trong quá trình mô
phỏng
Sơ đồ khối hệ thống thực nghiệm tổng thể
Mối quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ trƣợt của nhựa PP_Daelim333
Thƣớc cặp Mitutoyo Abolute
Số liệu thực nghiệm
Ảnh hƣởng của thời gian điền đầy tới kích thƣớc chi tiết
Mối quan hệ giữa nhiệt độ và độ nhớt của nhựa PP_Daelim-333
Ảnh hƣởng của thời gian giữ áp tới kích thƣớc chi tiết
Đồ thị PVT của nhựa PP_Daelim-333
Ảnh hƣởng của thời gian làm lạnh tới kích thƣớc chi tiết
Độ biến thiên kích thƣớc chi tiết trong quá trình thực nghiệm
Kết quả mô phỏng và thực nghiệm của 5 bộ thông số
Xu hƣớng ảnh hƣởng của thời gian điền đầy trong mô phỏng và
thực nghiệm
Xu hƣớng ảnh hƣởng của thời gian giữ áp trong mô phỏng và
thực nghiệm
Xu hƣớng ảnh hƣởng của thời gian làm lạnh trong mô phỏng và
thực nghiệm
Độ sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm
9
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Nhựa là một trong những ngành chiến lƣợc của Việt Nam với tốc độ tăng trƣởng cao
trong nhiều năm trở lại đây. Sản phẩm nhựa hiện nay đƣợc sản xuất bằng nhiều phƣơng
pháp công nghệ khác nhau, trong đó ép phun là một phƣơng pháp gia công nhựa chủ yếu
và các sản phẩm của ép phun rất đa dạng chủng loại: sản phẩm gia dụng, điện thoại, linh
kiện điện tử… Phƣơng pháp ép phun hiện nay chủ yếu thử nhiều lần với những chế độ
khác nhau để tìm ra bộ chế độ tối ƣu cho chất lƣợng sản phẩm đạt yêu cầu công nghệ,
phƣơng pháp này gây tốn kém thời gian, gây lãng phí nguyên vật liệu và tăng chi phí giá
thành.
Vậy vấn đề đặt ra: làm thế nào chúng ta có thể quản lý đƣợc các bộ thông số ép
phun, quản lý đƣợc chất lƣợng sản phẩm của sản phẩm sau khi ép phun, từ đó giảm thời
gian sản xuất, tăng năng suất sản xuất, tiết kiệm chi phí, với những vấn đề đƣợc đặt ra
nhƣ vậy tạo cho tôi mong muốn đƣợc nghiên cứu vấn đề này. Vì vậy, tôi quyết định lựa
chọn đề tài: “Khắc phục lỗi cong vênh trên sản phẩm Wheelback của máy hút bụi
Samsung bằng CAE” do PGS.TS.Nguyễn Thị Hồng Minh hƣớng dẫn.
Lịch sử nghiên cứu
Trên thế giới:
Trong quá khứ, Tao C. Chang and Ernest Faision [4] “Optimization of weld line
quality in injection molding using experimental design approach” nghiên cứu chỉ ra rằng:
dạng và vị trí đƣờng hàn phụ thuộc vào việc thiết kế khuôn, thiết kế chi tiết và các điều
kiện trong quá trình ép phun; phƣơng pháp Taguchi có hiệu quả trong việc tối ƣu các bộ
thông số ép phun và sản phẩm, kết quả nghiên cứu chỉ ra nhiệt độ nóng chảy ảnh hƣởng
nhiều nhất đến chiều rộng đƣờng hàn của nhựa HDPE sử dụng trong nghiên cứu này, tiếp
đó là nhiệt độ khuôn và áp suất phun. ”Du Soon Choi, Yong Taek Im [6] “ Prediction
shrinkage and warpage in consideration of residual stress in integate simulation injection
molding” kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng co ngót giảm khi tăng áp suất giữ áp, tăng nhiệt
10
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
độ nóng chảy, co ngót tăng khi nhiệt độ khuôn tăng lên. D. Mathivanan, M. Nouby, R.
Vidhya [8] “ Minization of sink mark in injection molding process – approach Taguchi”
nghiên cứu chỉ ra rằng khuyết tật vết lõm trên sản phẩm sau khi ép phun chịu ảnh hƣởng
của các thông số: Nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nóng chảy, thời gian giữ áp, tỉ lệ giữa gân và
thành chi tiết, khoảng cách gân, khi tăng khoảng cách giữa các gân thì dẫn đến vết lõm
giảm. Nik Mizamzul Mehat, Shahrul Kamaruddin and Abdul Rahim Othman, Member,
IAENG [7] “Reducing the Shrinkage in Plastic Injection Moulded Gear via Grey-BasedTaguchi Optimization Method” kết quả nghiên cứu chỉ ra nhiệt độ nóng chảy quyết định
nhiều nhất đến việc giảm co ngót sau đó là áp suất giữ áp, thời gian làm lạnh và thời gian
giữ áp. Alireza Akbarzadeh and Mohammad Sadeghi [5] “Parameter Study in Plastic
Injection Molding Proce using Statistical Methods and IWO Algorithm” nghiên cứu chỉ ra
conh vênh là một lỗi chính trong quá trình ép phun gây ra bởi sự co ngót không đều. Đối
với nhựa PP áp suất giữ áp ảnh hƣởng nhiều nhất đến co ngót trong khi áp suất phun thì ít
ảnh hƣởng nhất, đối với nhựa PS thì nhiệt độ nóng chảy là ảnh hƣởng chính đối với co
ngót tiếp đó là áp suất giữ áp và áp suất phun.
Trong nƣớc:
- Đề tài: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo và kiểm
nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ” của nhóm sinh viên Mai Văn Tuấn, Nguyễn
Văn Trƣờng, Hoàng Văn Quang, Nguyễn Quốc Thắng chuyên ngành chế tạo máy khóa
51. Đề tài này đã ứng dụng phần mềm CAE Moldex3D để phân tích so sánh các giả pháp
bố trí kênh dẫn nhựa, xác định các tham số ép phun bao gồm: phân tích điền đầy, áp suất,
đƣờng hàn, rỗ khí, nhiệt độ trong quá trình ép phun đối với khuôn sử dụng kênh dẫn nóng.
- Đề tài: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong việc thiết kế, kiểm nghiệm
và chế tạo khuôn mẫu cho chi tiết nhựa” của nhóm sinh viên Lƣơng Ngọc Mạnh,
Nguyễn Đình Sử, Lê Văn Thiện chuyên ngành cơ điện tử khóa 52.
Từ sự tích lũy và trau rồi kiến thức trên đã dần giúp tôi nghiên cứu và phát triển đề tài
“Phát triển và ứng dụng công cụ CAD/ CAM/ CAE trong gia công tấm, gia công phay
và ép phun” của mình.
11
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận văn là đánh giá ứng dụng của phần mềm CAE trong phân
tích khuôn nhựa thông qua so sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm ép phun
thực tế để từ đó chọn các chế độ ép phun hợp lý dựa trên phần mềm CAE.
Đối tƣợng nghiên cứu: Nghiên cứu các thông số ép phun và ảnh hƣởng của các
thông số ép phun đến chất lƣợng sản phẩm vỏ điện thoại.
Phạm vi nghiên cứu: Do điều kiện thời gian nên luận văn chỉ dừng lại ở nghiên cứu
ảnh hƣởng của các thông số ép phun đến hàm mục tiêu kích thƣớc sản phẩm và thiết lập
mối quan hệ giữa các thông số và hàm mục tiêu kích thƣớc chi tiết để đánh giá sự chính
xác giữa kết quả phần mềm mô phỏng CAE và thực nghiệm qua hàm mục tiêu kích thƣớc
của sản phẩm.
Tóm tắt cô đọng nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Nhiệm vụ của đề tài tập trung nghiên cứu, giải quyết các bài toán sau:
- Tìm hiểu các thông số ép phun và miềm tham số khảo sát của các thông số ép phun
ảnh hƣởng đến chỉ tiêu kích thƣớc của sản phẩm.
-
Chạy mô phỏng quá trình ép phun trên phần mềm Moldex3D.
-
Xuất dữ liệu và xử lý kết quả mô phỏng.
-
Thực nghiệm ép phun và kết quả thực nghiệm.
-
Đánh giá kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm, kêt luận.
Phƣơng pháp nghiên cứu
Luận văn đƣợc thực hiện đó là kết hợp lý thuyết và thực nghiệm:
-
Phƣơng pháp lý thuyết sử dụng phần mềm CAE để chạy mô phỏng toàn bộ quá
trình ép phun giống nhƣ thực tế để dự đoán & kiểm soát chất lƣợng của sản phẩm dựa
trên kết quả tính toán của quá trình mô phỏng.
-
Phƣơng pháp thực nghiệm đã đƣợc sử dụng để kiểm tra các thông số ảnh hƣởng
trong quá trình ép phun thực tế và so sánh với phƣơng pháp lý thuyết.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
12
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Ý nghĩa khoa học
Bằng cách nghiên cứu các kết quả mô phỏng dựa trên phần mềm kết hợp với thực
nghiệm, luận văn đã đƣa ra đƣợc độ sai số giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm và mối
quan hệ giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm để từ đó có thể dự đoán các bộ thông số
ép phun thực tế dựa trên kết quả mô phỏng của phần mềm Moldex3D.
Ý nghĩa thực tế
Kết quả nghiên cứu ứng dụng của phần mềm CAE trong phân tích khuôn nhựa có ý
nghĩa thực tiễn nhƣ sau: Giúp các nhà sản xuất tiết kiệm chi phí ép phun thử, giảm thời
gian đƣa sản phẩm ra thị trƣờng từ đó giúp nâng cao năng suất sản xuất.
13
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
CHƢƠNG 1. TỔNG QUÁT CHUNG
1.1 Tổng quan về công nghệ ép phun
1.1.1 Giới thiệu chung về công nghệ ép phun
Là công nghệ hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi. Các sản phẩm nhựa hiện nay chiếm đa
số đƣợc tạo ra từ công nghệ ép phun nhựa. Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa
nóng chảy điền đầy lòng khuôn. Khi nhựa đƣợc làm nguội và đông cứng lại trong lòng
khuôn thì khuôn đƣợc mở ra và sản phẩm đƣợc đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy.
Trong quá trình này không có bất kỳ phản ứng hóa học nào.
Hình 1.1:
-
Công nghệ ép phun
Lịch sử hình thành và phát triển.
Nhựa mà chúng ta dùng ngày nay có nguồn gốc từ cuối thế kỷ 19 khi mà các nhà
khoa học châu âu và Mỹ đã nghiên cứu bằng cách trộn nhiều loại cao su và chất phụ gia
với nhau.
14
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Vật liệu nhựa nhân tạo đầu tiên đƣợc phát minh vào năm 1861 bởi Alexander
Parkes và đƣợc công bố chính thức với toàn thể thế giới vào năm 1862 tại một triển lãm
quốc tế ở London, gọi tên là nhựa Parkesine. Một loại nhựa hữu cơ tổng hợp từ cellulose
(phiên âm tiếng việt và viết xenlulo, xenlulozơ, xenluloza hoặc xenlulô). Đặc điểm loại
nhựa này là có thể gia nhiệt, tạo hình và giữ nguyên hình dạng khi nguội. Tuy nhiên chi
phí sản xuất tốn kém, khó chế tạo và dễ cháy.
Năm 1868, nhà phát minh ngƣời Mỹ John Wesley Hyatt phát triển một vật liệu
nhựa có tên là Celluloid đƣợc tổng hợp từ cellulose và alcoholized camphor đƣợc cải tiến
trên sự phát minh của Parkes. Giải quyết vấn đề vật liệu làm quả billard (bida) bằng ngà
voi, có thể làm cho voi tuyệt chủng, nhựa Celluloid ra đời là một sự thay thế tuyệt vời lúc
đó.
Cùng với ngƣời anh trai Isaiah của mình, Hyatt đã chế tạo ra máy ép phun đầu tiên
và đƣợc cấp bằng sáng chế năm 1872. Chiếc máy này tƣơng đối đơn giản so với các máy
ép phun đang sử dụng ngày nay. Máy làm việc tựa nhƣ một ống kiêm tiêm, bằng cách sử
dụng một piston để ép nhựa xuyên qua xi lanh đƣợc làm nóng và đi vào lòng khuôn.
Ngành công nghiệp nhựa phát triển chậm chạm trong những năm này vì sự hạn chế công
nghệ.
Ngành công nghiệp nhanh chóng phát triển và mở rộng trong những năm 1940 vì
chiến tranh thế giới thứ II đã tạo ra một nhu cầu rất lớn cần sản phẩm tốn ít chi phí, sản
xuất hàng loạt.
Năm 1946, nhà phát minh Mỹ James Watson Hendry phát triển máy ép trục vít đầu
tiên, cho phép kiểm soát chính xác hơn nhiều tốc độ ép và chất lƣợng sản phẩm. Máy này
cho phép trộn vật liệu trƣớc khi phun để pha màu nhựa hoặc trộn đều nhựa tái chế với
nguyên liệu nhựa chƣa dùng trƣớc khi phun. Máy ép trục vít vẫn đƣợc giữ và phát triển
cho đến ngày nay.
-
Quy trình Công Nghệ
15
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Nhựa đƣợc nung nóng và trộn đều nhờ vít tải trong xi lanh có gia nhiệt và nó sẽ
đƣợc dẻo hóa vì nhiệt để trở thành nhựa nóng chảy. Phun nhựa nóng chảy từ xi lanh gia
nhiệt vào khuôn với áp lực cao. Nhựa điền đầy vào long khuôn tạo hình sản phẩm. Làm
nguội để đóng rắn nhựa nóng chảy trong khuôn. Đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn nhờ các
chốt đẩy.
Ưu điểm:
-
Có thể đúc hầu hết các nhựa nhiệt dẻo và một số nhựa nhiệt rắn.
Có thể đúc các chi tiết có chất lƣợng cao, giá thành hạ và thời gian phun ngắn.
Chu trình đúc có thể đƣợc tự động hóa.
Cấu trúc của khuôn có thể đƣợc thay đổi tùy theo hình dáng hoặc vật liệu của chi
tiết.
Nhược điểm:
-
Nếu lƣợng vật liệu đúc không đƣợc cấp chính xác thì có thể gây ra khuyết tật đúc.
1.1.2 Sản phẩm của công nghệ ép phun
-
Công nghệ ép phun tạo ra những sản phẩm nhựa có hình dạng phức tạp nhƣ ý.
-
Trên cùng một sản phẩm hình dáng giữa mặt trong và mặt ngoài có thể khác
nhau (thế mạnh so với các phƣơng pháp sản xuất nhựa khác).
-
Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp cao.
-
Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng rất cao nên
không cần gia công lại.
-
Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc (trong những trƣờng hợp đặc
-
Có thể tái chế giúp tiết kiệm vật liệu.
biệt).
Một số sản phẩm sử dụng công nghệ ép phun :
16
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Hình 1.2:
Sản phẩm nhựa gia dụng
Hình 1.3:
Sản phẩm nhựa kỹ thuật
1.1.3 Kết cấu và phân loại công nghệ ép phun
Về kết cấu,có thể chia kết cấu của một hệ thống công nghệ ép phun ra làm hai thành
phần chính là máy ép phun và bộ khuôn ép phun.
1.1.3.1 Cấu tạo hệ thống ép phun
Máy Ép Phun
Máy ép phun là phần để gắn bộ khuôn. Máy ép phun thực hiện nhiệm vụ cấp nhựa,
cấp nhiệt cho bộ khuôn, đóng mở, tạo ra lực phun, lực ép, lực giữ để tạo hình sản phẩm và
sau đó cung cấp dung môi làm mát bộ khuôn và sản phẩm, đẩy sản phẩm ra sau khi hoàn
thành quá trình ép phun.
17
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Hình 1.4:
-
Hình ảnh minh họa máy ép phun
Kết cấu Máy ép phun.
Hình 1.5:
Sơ đồ kết cấu Máy ép phun
Cốc Rót (Feed hopper).
Là phần chứa hạt nhựa nguội nguyên liệu chuẩn bị cho quá trình ép phun. Từ đây nhựa
đƣợc đƣa đến bộ phận gia nhiệt làm nóng chảy
Bộ phận gia nhiệt (Heaters)
Gia nhiệt làm chảy nhựa nguyên liệu và giữ nhiệt ở nhiệt độ nhất định phù hợp trƣớc khi
đƣợc đƣa vào lòng khuôn
Vít cuốn (Screw).
18
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Đẩy nhựa lỏng vào long khuôn và thực hiện nhiệm vụ giữ để điền đầy long khuôn
nhờ van không hồi (Nonreturn valve)
Xilanh vít cuốn (Cylinder for Screw-ram).
Tạo hành trình tịnh tiến tiến hoặc lùi của vít cuốn
Xilanh kẹp chặt (Clamping cylinder).
Phần tạo ra lực kẹp, giữ tạo hình cho sản phẩm và tháo sản phẩm khỏi khuôn
-
Bộ khuôn
Đây là phần quan trọng của máy ép phun, là phần trực tiếp tạo ra mẫu mã hình dạng
của sản phẩm. Công nghệ tháo lắp bộ khuôn cũng chính là công nghệ chế tạo sản phẩm
nhựa của máy ép phun nhựa.
Có thể mô tả kết cấu của một bộ khuôn nhƣ sau:
1
2
4
3
5
17
6
16
7
8
15
14
13
9
10
11
12
Hình 1.6: Kết cấu khuôn ép nhựa
1. Tấm kẹp trƣớc
10. Tấm giữ
2. Tấm khuôn âm
11. Tấm đẩy
19
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
3. Bạc cuống phun
12. Tấm kẹp sau
4. Vòng định vị
13. Chốt đẩy
5. Vít lục giác
14. Lò xo
6. Đƣờng nƣớc
15. Chốt hồi
7. Tấm khuông dƣơng
16. Bạc dẫn hƣớng
8. Tấm lót
17. Lòng khuôn
9. Gối đỡ
18. Chốt dấn hƣớng
Chức năng của các bộ phận khuôn:
1.
Tấm kẹt trƣớc kẹp phần cố định của khuôn với tấm cố định của máy ép nhựa.
2.
Tấm khuôn âm chứa lòng khuôn hoặc phần insert định hình sản phẩm, đƣợc
lắp vào tấm kẹp trƣớc.
3.
Bạc cuống phun đƣa nhựa vào lòng khuôn, thông thƣờng nó nằm trên tấm kẹp
trƣớc.
4.
Vòng định vị đảm bảo cho bạc cuống phun và đầu phun trùng tâm nhau.
5.
Vít lục giác cố định các chi tiết với nhau.
6.
Đƣờng nƣớc dẫn nƣớc hoặc dung môi để làm nguội khuôn trong quá trình làm
7.
Tấm khuôn dƣơng chứa lòng khuôn hoặc phần insert định hình sản phẩm, đƣợc
mát.
lắp chặt vào gối đỡ hay tấm lót.
8.
Tấm lót giữ cho tấm khuôn không bị uốn.
9.
Gối đỡ tạo khoảng không gian cho lõi sản phẩm.
10. Tấm giữ giữ tấm đẩy và ty lõi.
11. Tấm đẩy kết hợp với tấm giữ và chốt đẩy để đẩu chi tiết ra khỏi khuôn.
12. Tấm kẹp sau kẹp phần di động của khuôn với tấm di động của máy ép nhựa.
20
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
13.
Chốt đẩy đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn.
14. Lò xo để đảm bảo các tấm giữ và tấm đẩy hồi về vị trí cũ.
15. Chốt hồi cùng với lò xo đƣa các tấm giữ và tấm đẩy hòi về vị trí cũ.
16. Bạc dẫn hƣớng dẫn hƣớng cho trụ dẫn hƣớng, hạn chế mòn tấm khuôn.
17. Lòng khuôn tạo nên hình dáng của chi tiết.
18. Chốt dẫn hƣớng dẫn hƣớng cho tấm khuôn âm và khuôn dƣơng.
1.1.3.2 Phân loại công nghệ ép phun
Sự khác nhau giữa các dạng công nghệ ép phun là sự khác nhau về cấu tạo và cách
thức hoạt động của bộ khuôn. Các dạng khuôn ép phun đƣợc chia ra nhƣ sau.
a) Khuôn hai tấm.
Khuôn 2 tấm là khuôn có 1 đƣờng phân khuôn, đƣờng này chia khuôn thành 2
phần: Cố định và di động. Khuôn hai tấm lại chia ra làm hai loại là khuôn hai tấm có sử
dụng kênh dẫn nóng( Hot runner) và khuôn chỉ dùng kênh dẫn nguội.
-
Khuôn hai tấm kênh dẫn nguội
Đây là loại khuôn có kết cấu đơn giản nhất và có giá thành rẻ so với các loại khuôn
khác. Loại khuôn này cần thiết phải có công đoạn tách phần kênh dẫn nguội ra khỏi sản
phẩm khi mở khuôn.
Hình 1.7:
-
Hoạt động của khuôn 2 tấm
Ƣu điểm: Giá thành làm khuôn rẻ, kết cấu đơn giản
21
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
-
Nhƣợc điểm
Vấn đề cân bằng dòng chảy và phải bố trí miệng phun trên mặt phân khuôn
nên gặp nhiều hạn chế đối với một số sản phẩm nhựa nhất định.
Không điều khiển đƣợc nhiệt độ dòng nhựa trong kênh dẫn.
Cần có quá trình cắt đuôi keo nhựa, tăng thời gian sản xuất và có thể tạo vết
không đẹp trên sản phẩm.
-
Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng( Hot runner)
Khuôn hai tấm dùng kênh dẫn nóng luôn giữ cho nhựa nóng chảy trong bạc cuống
phun, kênh dẫn và miệng phun. Nhựa chỉ đông đặc khi nào nó chảy vào lòng khuôn. Khi
khuôn mở ra, sản phẩm đƣợc lấy ra ngoài. Khi khuôn đóng lại thì nhựa trong kênh dẫn
vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào long khuôn một cách trực tiếp
Hình 1.8:
-
Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng.
Ƣu điểm
Tiết kiệm vật liệu.
Không có vết của miệng phun trên sản phẩm.
Giảm thời gian chu kỳ.
22
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Điều khiển đƣợc nhiệt độ của dòng chảy nhựa.
-
Nhƣợc điểm
Giá thành cao hơn khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội.
Không thích hợp với vật liệu chịu nhiệt kém.
Bộ phận Hot runner dễ bị hỏng.
b) Khuôn ba tấm.
So với khuôn hai tấm thì hệ thống kênh dẫn của khuôn ba tấm đƣợc đặt trên tấm
thứ hai song song với mặt phân khuôn chính. Nhờ tấm thứ hai này mà kênh dẫn và cuống
phun có thể rời ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn.
Hình 1.9:
Hoạt động của khuôn 3 tấm
Khuôn ba tấm đƣợc dùng khi toàn bộ hệ thống kênh dẫn không thể bố trí trên cùng
một mặt phẳng nhƣ ở khuôn hai tấm, điều này có thể do
-
Khuôn có nhiều long khuôn.
-
Khuôn có một long khuôn nhƣng phức tạp cần hơn một vị trí phun nhựa.
-
Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác.
-
Vì phải cân bằng dòng nhựa giữa các kênh dẫn với nhau nên buộc phải thiết kế
kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn.
-
Ƣu điểm
Giá thành thấp hơn so với khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng.
23
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
Ít bị hỏng hóc hơn khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng.
Có thể phù hợp với vật liệu chịu nhiệt kém.
Nhƣợc điểm
-
Chu kỳ ép phun tăng.
Lãng phí vật liệu.
Cần áp suất phun lớn để điền đầy.
Ngày nay, việc phân loại máy ép phun dựa theo một số tiêu chí nhƣ:
Phân loại máy theo loại nhựa sử dụng
-
Máy ép phun nhựa nhiệt dẻo.
-
Máy ép phun nhựa nhiệt rắn.
Phân loại máy theo hệ thống kẹp
-
Máy dùng hệ thống kẹp thủy lực.
-
Máy dùng hệ thống kẹp đòn khuỷu.
Phân loại theo lực kẹp
Có các loại máy : 50, 80, 100, 150, 180, 250, 450, 650, 800 tấn …
Phân loại theo hƣớng trục vít
-
Máy ép phun đứng.
-
Máy ép phun nằm ngang.
Phân loại máy theo công nghệ ép phun
-
Máy ép phun lệch tâm.
-
Máy ép phun nhiều màu.
-
Máy ép phun nhiều nguyên liệu.
-
Máy ép phun thổi khí.
-
Máy ép phun nhựa nhiệt rắn.
-
Máy ép phun cao su.
24
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT
Chuyên ngành: Cơ điện tử
1.1.4 Vật liệu trong công nghệ ép phun
Vật liệu thƣờng dùng trong công nghệ ép phun là nhựa. Nó là sản phẩm nhân tạo
nhận đƣợc trên cơ sở các polymer hữu cơ, khi nung nóng chúng sẽ chảy dẻo dƣới tác
dụng của lực chúng tạo thành hình dáng và giữ nguyên hình dáng đó.
Vật liệu nhựa dùng để ép phun rất đa dạng với 20.000 loại nhựa nhiệt dẻo và 5.000
loại nhựa nhiệt rắn.
Thành phần của nhựa :
-
Chất liên kết loại nhựa tổng hợp ;
-
Chất độn ở dạng bột, hữu cơ, vô cơ… ;
-
Ngoài ra có thể thêm các chất phụ gia.
Một số loại nhựa thường dùng trong công nghệ ép phun :
19. PVC (Polyvinyclorua);
20. PP (Polypropylen);
21. PS (Polysitylen);
22. PA (Poliamide nylon);
23. PC (Polyarbonate) ;
24. PET (Polyethylen- terethalate);
25. ABS (Acrylonotrile-Butadience- Styrence) ;
26. Pe (Polyethylen) ;
27. PVC (Ploviny Chloride).
1.2. Quy trình thiết kế khuôn
Trong phần này ta sẽ đi vào giới thiệu các bƣớc thiết kế các thành phần của hệ
thống khuôn ép phun bao gồm các bộ phận chế tạo và các bộ phận lựa chọn theo tiêu
chuẩn. Quy trình thiết kế nhƣ sau:
1.2.1
Chọn vật liệu làm khuôn.
Chọn vật liệu làm khuôn phải phù hợp với chất lƣợng của sản phẩm, phải làm sao
giảm giá thành cũng nhƣ khối lƣợng của bộ khuôn một cách tốt nhất.
25
Thực hiện: Nguyễn Tất Biên.
