NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG PHẦN mềm CREO PARAMETRIC 4 0 MOLDFLOW 2012 mô PHỎNG THIẾT kế KHUÔN CÓ RÃNH dẫn NÓNG SẢN XUẤT ổ cắm điện

Khóa luận tốt nghiệp

1

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CREO
PARAMETRIC 4.0 & MOLDFLOW 2012
MÔ PHỎNG THIẾT KẾ KHUÔN
CÓ RÃNH DẪN NÓNG SẢN XUẤT Ổ CẮM ĐIỆN


Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1

2

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về CAD/CAM/CAE
Ngày nay, trong thời buổi cạnh tranh khuôn đang mang tính toàn cầu, các nhà sản
xuất luôn tìm cách giới thiệu các sản phẩm mới với tính năng đa dạng, chất lượng
cao, giá thành hạ và thời gian giao hàng ngắn.
Để làm được điều này các nhà sản xuất phải cân nhắc kỹ từng giai đoạn trong quá
trình sản xuất với những tính toán tối ưu. Họ đã cố gắng sử dụng sự trợ giúp của
máy tính với bộ nhớ khổng lồ, tốc độ sử lí nhanh và có khả năng tương tác đồ họa
thân thiện với con người trong nhiều giai đoạn của quá trình sản xuất. Với sự hỗ trợ

của máy tính, nhiều phần công việc đã được hoàn thành một cách tự động hóa và
chính xác, giúp giảm thời gian và chi phí trong phát triển sản phẩm và trong chế tạo.
Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (Computer-Aided-Design-CAD), chế tạo có sự
hỗ trợ của máy tính (Computer-Aided-Manufacturing-CAM) và phân tích, tính toán
kỹ thuật có sự hỗ trợ của máy tính (Computer-Aided-Engineering-CAE) là những
công nghệ được sử dụng cho mục đích này trong suốt chu kỳ sản xuất sản phẩm.
CAD và CAE được ứng dụng vào giai đoạn thiết kế sản phẩm còn CAM được ứng
dụng vào giai đoạn chế tạo, bắt đầu từ việc lập qui trình chế tạo và kết thúc bằng
các sản phẩm thực [4].
1.1.1. CAD (Computer Aided Design)
CAD là việc sử dụng hệ thống máy tính để hổ trợ trong xây dựng, sửa đổi, phân
tích hay tối ưu hóa. Vai trò cơ bản nhất của CAD là để xác định hình học của thiết
kế như hình dáng hình học của các chi tiết cơ khí, các kết cấu kiến trúc, mạch điện
tử, mặt bằng nhà cửa trong xây dựng… Các ứng dụng điển hình của CAD là tạo bản
vẽ kỹ thuật với đầy đủ các thông tin kỹ thuật của sản phẩm và mô hình hình học 3D
của sản phẩm. Hơn nữa mô hình CAD này sẽ được dùng cho các ứng dụng CAE và
CAM sau này, đây chính là lợi ích lớn nhất của CAD vì có thể tiết kiệm thời gian


Khóa luận tốt nghiệp

3

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

một cách đáng kể và giảm được các sai số gây ra do phải xây dựng lại hình học của
thiết kế mỗi khi cần đến nó [4].
Một quá trình CAD tiêu biểu được thực hiện theo các bước sau:
-

Xây dựng mô hình hình học sản phẩm
Phân tích kỹ thuật sản phẩm
Kiểm tra đánh giá kỹ thuật
Xây dựng bản vẽ kỹ thuật

Các công cụ CAD cần có để hỗ trợ quá trình thiết kế tùy thuộc vào pha thiết kế:
- Đối với pha khái niệm hóa thiết kế các công cụ CAD cần có là các kỹ thuật mô
hình hóa hình học, các hỗ trợ đồ họa và các thao tác đồ họa.
- Pha mô hình hóa và mô phỏng thiết kế cần các công cụ kể trên, công cụ mô
phỏng chuyển động, lắp ráp và một số gói mô hình hóa khác
- Pha phân tích thiết kế cần các gói về phân tích, các gói và các chương trình tùy
biến.
- Pha thiết kế tối ưu cần các ứng dụng tùy biến và tối ưu hóa kết cấu.
- Pha đánh giá thiết kế cần các công cụ về dung sai, kích thước và bảng các vật
liệu
- Pha tạo tài liệu và truyền đạt thông tin thiết kế cần công cụ tạo bản vẽ kỹ thuật
và công cụ tạo ảnh tô bóng.
Ngày nay CAD được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau. Có thể kể
tên ra sau đây một số ngành như sau: cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện, điện tử, y
học, dệt may, thiết kế sản phẩm, thiết kế công nghiệp, thiết kế nhạc cụ, thiết kế
vườn tược, chiếu sáng… Trên thị trường hiện nay có rất nhiều phần mềm CAD với
những cấp độ khác nhau. Có những phần mềm giá chỉ vài trăm đô là với tính năng
hạn chế nhưng cũng có những gói phần mềm giá hàng chục đến hàng trăm đô la.
Cũng có phần mềm CAD riêng lẻ và có những phần mềm CAD tích hợp trong phần
mềm CAD/CAM.
Ở Việt Nam, trong lĩnh vực cơ khí, các phần mềm CAD phổ biến hiện nay là:
Auto CAD, Mechanical Destop, Inventor, Solidworks, Catia, Pro/Engineer,
Unigraphics, Solid Edge….[4]

Khóa luận tốt nghiệp

4

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

1.1.2. CAM (Computer Aided Manufacturing)
CAM là công nghệ liên quan với việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch,
quản lý và điều khiển quá trình chế tạo. Một trong những lĩnh vực hoàn thiện nhất
của CAM là điều khiển chương trình số (Numerical Control –NC). Đây là kỹ thuật
sử dụng các chỉ dẫn đã được lập trình để điều khiển các máy công cụ như máy mài,
máy tiện, máy phay, máy dập… Máy tính có thể sản sinh ra một lượng đáng kể các
chỉ dẫn NC dựa trên các sữ liệu hình học từ cơ sở dữ liệu CAD cộng với những
thông tin bổ sung được cung cấp bởi người vận hành [4].
Một số chức năng quan trọng của CAM là lập trình robot. Các robot này có thể
vận hành trong một tế bào gia công, chọn và định vị dao và chi tiết gia công cho các
máy NC. Những robot này cũng có thể thực hiện các nhiệm vụ đơn lẻ như hàn, lắp
ráp hoặc vận chuyển thiết bị hoặc chi tiết trong phân xưởng. Lập qui tình chế tạo
cũng là một mục đích của CAM. Qui trình chế tạo bao gồm các nguyên công chi tiết
của các bước sản xuất từ ban đầu đến kết thúc, từ máy này đến máy khác trong phân
xưởng. Mặc dù việc lập quy trình chế tạo hoàn toàn tự động là điều gần như không
thể nhưng quy trình công nghệ chế tạo hoàn toàn tự động là điều gần như không thể
nhưng quy trình công nghệ chế tạo cho một chi tiết có thể được tạo ra nếu tồn tại
một quy trình chế tạo của một chi tiết tương tự. Cho mục đích này, công nghệ nhóm
đã được phát triển để tổ chức các chi tiết tương tự nhau thành một họ. Các chi tiết
được phân thành cùng một họ nếu chúng có những đối tượng gia công giống nhau
như rãnh, các túi rỗng, các mép vát, các lỗ… Vì thể để dò tự động sự giống nhau
giữa các chi tiết, cơ sở dữ liệu CAD phải chứa các thông tin về những đối tượng
như thế. Nhiệm vụ này được thực hiện nhờ công nghệ nhận dạng đối tượng. Thêm
vào đó, máy tính có thể được sử dụng để xác định khi nào đặt hàng nguyên liệu và

mua sắm chi tiết và số lượng hàng hóa cần phải đặt để đáp ứng kế hoạch sản xuất.
Các công cụ CAM cần có để hỗ trợ quá trình sản xuất tùy thuộc vào pha sản xuất,
cụ thể như sau:


Khóa luận tốt nghiệp

5

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

- Đối với pha lập quy trình sản xuất, các công cụ CAM sau đây cần phải có: kỹ
thuật lập quy trình chế tạo, phân tích chi phí, các đặc điểm kỹ thật của công cụ
và vật liệu.
- Pha lập trình gia công chi tiết cần có công cụ lập trình NC.
- Pha kiểm tra cần phần mềm kiểm tra [4].
1.1.3. CAE (Computer Aided Engineering)
CAE là công nghệ liên quan đến việc sử dụng hệ thống máy tính để phân tích đối
tượng hình học CAD, cho phép người thiết kế mô phỏng và nghiên cứu cách ứng xử
của sản phẩm từ đó có thể tinh chỉnh và tối ưu hóa. Các công cụ CAE tương đối đa
dạng, đáp ứng được cho nhiều nhu cầu phân tích sản phẩm. Ví dụ, các chương trình
chuyển động học có thể được sử dụng để xác định các hành trình chuyển động học
dịch chuyển lớn có thể được dùng để xác định các tải và các dịch duyển trong một
hệ thống lắp ráp phức tạp như ô tô…
Trong CAE người ta sử dụng 3 công cụ giải tích chính là:
- Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method-FEM)
- Phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method-FDM)
- Phương pháp phần tử biên (Boudary Element Method-BEM)
Trong đó có lẽ phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng rộng rãi nhất. CAE
được áp dụng trong các lĩnh vực sau:

-

Phân tích ứng suất trên các chi tiết và trên các láp ráp bằng cách sử dụng FEM.
Phân tích dòng chảy và truyền nhiệt (CFM)
Mô phỏng các trường hợp cơ khí (MES)
Mô phỏng các quá trình công nghệ đúc, dập…
Tối ưu hóa sản phẩm hoặc quá trình gia công.

Một quá trình thiết kế tổng hợp với sự có mặt CAD và CAE cho một số đối tượng
sản phẩm cụ thể bao gồm các bước sau:
Thu thập và sử lí thông tin: Thu thập các thông tin liên quan đến điều kiện thiết
kế sản phẩm rồi sử lý, sàng lọc các thông tin, điều kiện ràng liên quan đến sản phẩm
thiết kế để tìm ra hướng giải pháp và mục tiêu thiết kế.


Khóa luận tốt nghiệp

6

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Đưa ra ý tưởng thiết kế: Đưa ra ý tưởng gần với cấu tạo của sản phẩm nhất. Thời
điểm này người thiết kế chỉ cần vẽ khái quát ý tưởng trên giấy.
Chỉnh lý ý tưởng thiết kế: Lập bảng phân tích và cho điểm về các yếu tố cấu
thành sản phẩm thiết kế trong các ý tưởng thiết kế như tính năng, phẩm chất, giá
thành, tính công nghệ trong kết cấu… Sau đó lọc ra ý tưởng nào điểm cao nhất thì
xử lý trước, cái nào điểm ít hơn thì sử lý sau. Từ đó có thể dự đoán tìm ra các
khuyết điểm của sản phẩm dự định thiết kế. Dùng CAD để thiết kế sản phẩm
Phân tích, tính toán kỹ thuật với CAE với 3 pha như sau:
Tiền xử lý: Dùng bộ tiền xử lý để soạn những thông số cần thiết để giải tích, định

nghĩa các phần tử hữu hạn trong model và các thông số vùng biên, môi trường.
Xử lý: Tiến hành thực hiện các giải pháp để mô phỏng.
Hậu xử lý: Phân tích hình ảnh hoặc các trị số đo kết quả đưa ra từ bộ hậu xử lý.
Các lãnh vực ứng dụng của CAE là cơ khí, điện, điện tử, kiến trúc, hóa học… Tùy
theo mỗi ngành mà ứng dụng của CAE và phần mềm chuyên dụng khác nhau.
Sau đây là một số phần mềm CAE chuyên dụng cho một số ứng dụng:
Tính toán phân tích kết cấu: Msc.Nastran, Ansys, Abaqus, Amps, Mpact, Catia
Analysis, Msc. Simdesigneer, NX, Advc, Pam-Crash.
Tính toán phân tích ứng dụng: MSC.Semdesigner, MSC.Fatigue, Ansys, Catia
Analysis, Amps, Abaqus.
Tính toán phân tích dao động, chấn động: Abaqus, Ansys, Msc.Nastran, Catia
Analysis, Pam-Nvh, NX.
Tính toán phân tích xung kích, va đập: Pam-Crash, LS-Dyna, Abaqus, Radioss.
Tính toán phân tích dòng chảy: Fluent, Flow-3D, Flowizard, Stream, Phoenics,
Pam-Flow, Dynaflow, Ansys Cfx, NX, OpenFoam
Tính toán phân tích điện từ trường: Photo-series, Magnet6, Jmag-studio, PamCem, Ansys


Khóa luận tốt nghiệp

7

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Tính toán phân tích động học cơ cấu: MSC.adams, Lms Virtual.lab Motion,
Lms Dads, Functionbay Recurdyn, NX, Pam-medysa
Đối với lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu người ta thường sử dụng các phần mềm sau
đây: 3Dtimon, Planets, MoldFlow, SimpoeMold (cho khuôn nhựa)…Trong những
phần mềm trên thì Creo Parametric 4.0 đáp ứng được cả những tính năng trên [4].

1.2. Sử dụng công nghệ CAD/CAM để phát triển sản phẩm
Chúng ta có thể nêu ra một ví dụ cụ thể cho việc sử dụng hệ thống CAD/CAM
trong việc phát triển sản phẩm.
Giả sử công việc của chúng ta là thiết kế và gia công khuôn cho một sản phẩm
nhựa, quá trình thiết kế được thực hiện với hệ thống CAD.
Bước tiếp theo trong chu kỳ sản phẩm là phân tích thiết kế. Mô hình phân tích
được xử lý bởi bộ tiềm xử lý CAE.
Khởi động phân tích phần tử hữu hạn trên mô hình phân tích chúng ta có thể kiểm
tra được điều kiện bền của sản phẩm. Chúng ta cũng có thể chạy chương trình mô
phỏng để kiểm tra dòng nhựa nóng sẽ chảy vào khuôn dương của khuôn ép nhựa.
Nếu kết quả mô phỏng cho chúng ta thấy sẽ có vấn đề với dòng chảy trong khuôn
chúng ta cần hiệu chỉnh lại.
Thiết kế khuôn ép nhựa, chế tạo khuôn và đẩy sản phẩm.
Từ dữ liệu mô hình thiết kế được tạo lập bởi phần mềm CAD, khuôn âm và khuôn
dương được thiết kế bởi hệ thống mô hình hóa hình học có mục đích chung hoặc tạo
lập tự động bởi hệ thống thiết kế khuôn đặc biệt.
Từ dữ liệu hình học của khuôn âm và khuôn dương, một bộ khuôn thích hợp có
thể được lựa chọn từ cơ sở dữ liệu chứa đựng các bộ khuôn tiêu chuẩn. Sau đó
miệng rót, kênh dẫn nhựa, hệ thống làm mát và cách thành phần khác của bộ khuôn
được thiết kế và đặt vào bộ khuôn tại vị trí thích hợp. Chúng ta có thể chạy mô
phỏng lại chương trình để dự đoán dòng chảy cho chính xác hơn, chúng ta cũng có
thể chạy phân tích sự tản nhiệt để mô phỏng thiết kế của kênh làm mát.


Khóa luận tốt nghiệp

8

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Để hoàn thiện thiết kế khuôn, phần mềm CAM được sử dụng để tính toán các
đường cắt NC cần thiết để gia công các tấm Cavity và Core.
Khi quá trình gia công cần thiết đã được hoàn thành bộ khuôn được ghép lạ và
được sử dụng cho quá trình ép nhựa. Ở đây chúng ta cũng có thể dùng quá trình
phân tích để mô phỏng xác định các điều kiện khác nhau của khuôn giúp chúng ta
có thể xử lý tốt hơn bản thiết kế như: Nhiệt độ khuôn, áp lực ép, nhiệt độ nhựa [4].


Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 2

9

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

CƠ SỞ THIẾT KẾ KHUÔN MẪU

2.1. Giới thiệu chung về khuôn mẫu tạo hình
2.1.1. Khái niệm
Khuôn mẫu là dụng cụ dùng để tạo hình cho các thiết bị dựa trên các phương pháp
tạo hình khác nhau. Kích thước và kết cấu của khuôn mẫu phụ thuộc vào kích thước
và hình dạng của sản phẩm. Thông thường khuôn được phân loại dựa trên các
phương pháp gia công như: khuôn đúc, khuôn đột dập, khuôn rèn…
Các điểm cần chú ý khi thiết kế khuôn:
- Xác định loại khuôn cần thiết kế.
- Xác định tính năng kỹ thuật, tuổi thọ, hình thức sử dụng khuôn.
- Lựa chọn vật liệu, phương pháp xử lý bề mặt tạo hình.
- Lựa chọn phương pháp chế tạo khuôn, trang thiết bị, máy móc…[4] [5]
2.1.2. Phân loại

Được sử dụng để tạo hình cho các sản phẩm nhựa theo nhiều phương pháp gia
công khác nhau.
Thông thường việc phân loại khuôn cho sản phẩm nhựa dựa trên 2 phương pháp
là:
a. Theo phương pháp gia công nhựa
Khuôn ép: Dạng khuôn này dùng để tạo hình sản phẩm nhựa từ nguyên liệu nhựa
được nung nóng và ép vào lòng khuôn.
Khuôn đùn: Được sử dụng để tạo ra các sản phẩm dạng tấm, thanh, ống…
Khuôn đúc phun: Là loại khuôn được sử dụng khá thông dụng.
Khuôn tạo hình nhiệt ép: Sử dụng lực ép để tạo hình sản phẩm, loại khuôn này ít
được sử dụng.
Khuôn thổi định hình: Được sử dụng để tạo hình các chi tiết rỗng dạng như:
chai, lọ…[4]


Khóa luận tốt nghiệp

10

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

b. Theo kết cấu khuôn
-

Khuôn một lòng khuôn.
Khuôn nhiều lòng khuôn.
Khuôn hai tấm.
Khuôn ba tấm.
Khuôn không có hệ thống kênh nhựa.
Khuôn nhiều tầng [4].

2.2. Cấu tạo chung & chức năng của một bộ khuôn ép phun
2.2.1. Cấu tạo

Hình 2.1: Kết cấu của khuôn.
2.2.2. Chức năng của các bộ phận trong bộ khuôn:
a. Tấm kẹp trước
Nhiệm vụ kẹp phần cố định của khuôn vào máy ép phun [4].


Khóa luận tốt nghiệp

11

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

b. Tấm khuôn trước
Là phần cố định của khuôn, tạo phần trong và phần ngoài của sản phẩm được lắp
cố định với tấm kẹp trước [4].
c. Tấm khuôn sau
Tấm khuôn sau được lắp với tấm đỡ và các kênh làm mát được bố trí ở đây [4].
d. Tấm kẹp sau
Kẹp phần chuyển động của khuôn vào máy ép phun [4].
e. Tấm đỡ
Giữ cho mãnh ghép của khuôn không rơi ra ngoài [4].
f. Khối đỡ
Có tác dụng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía sau. Tạo khoảng hở cho
tấm đẩy hoạt động được.
Khối đỡ được đặt trên tấm kẹp phía sau và làm tăng độ cứng (vững) cho tấm đỡ.
Khoảng cách giữa hai khối phải hợp lý sao cho tấm đẩy hoạt động tốt không bị

vướng trong quá trình đẩy sản phẩm [4].
g. Tấm giữ
Là chi tiết giữ cho các chốt đẩy, chốt hồi và tấm đẩy đúng vị trí [4].
h. Tấm đẩy
Cùng với chốt đẩy có nhiệm vụ đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn [4].
i. Vòng định vị
Chức năng của vòng định vị là đặt khuôn đúng tâm vào máy gia công nhựa khớp
với máy gia công. Kích thước của vòng phải nhỏ hơn lỗ mở của máy gia công nhựa
là 0,1mm với dung sai nhỏ nhất 0,05mm [4].


Khóa luận tốt nghiệp

12

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Hình 2.2: Các loại vòng định vị.
j. Chốt dẫn hướng
Chốt dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng cho tấm khuôn trước và tấm khuôn sau.
Tổ hợp chốt bạc dẫn hướng được coi như một chi tiết tiêu chuẩn. Hệ thống này kết
hợp với chốt bạc dẫn hướng tiêu chuẩn sẽ tạo nên mối liên kết chặt chẽ giữa tất cả
các tấm khuôn lại được tiến hành đồng thời với việc định vị chốt bạc dẫn hướng [4].

Hình 2.3: Các kiểu chốt dẫn hướng.
k. Bạc dẫn hướng
Bạc dẫn hướng đơn giản nhất là khoan lỗ trên tấm khuôn, tuy nhiên khó khăn cho
việc sửa chữa khi bị mòn. Bạc dẫn hướng thường được chế tạo bằng đồng, đồng
thau hoặc đối với quá trình sản xuất hàng loạt thì dùng thép đã qua tôi [4].

Hình 2.4: Các kiểu bạc dẫn hướng.
2.2.3. Hệ thống chốt hồi
Hệ thống chốt hồi có chức năng đưa tấm đẩy phía sau và giữ cố định tấm đẩy
trong khi khuôn đóng hoàn toàn [4].


Khóa luận tốt nghiệp

13

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

a. Chốt đẩy
Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi mở. Khoảng đẩy phải lớn hơn từ 5 đến
10 mm so với chiều cao của sản phẩm được lấy ra từ khuôn sau. Thiết kế hệ thống
đẩy cần đảm bảo là không làm yếu khuôn sau [4].

Hình 2.5: Các loại chốt đẩy.
b. Bạc dẫn hướng chốt
Bạc dẫn hướng chốt để tránh mòn và hỏng chốt đẩy, tấm đẩy và tấm giữ do
chuyển động mạnh giữa chúng. Hướng nằm ở khuôn sau để dễ điều khiển đẩy sản
phẩm ra. Bạc dẫn hướng có nhiều loại và nhiều cách chế tạo khác nhau, kiểu bạc
dẫn hướng dễ nhất là khoan lỗ vào tấm khuôn, tuy nhiên sẽ khó sửa chữa khi chi tiết
bị mòn. Do đó thường làm bạc dẫn hướng dưới dạng một miếng ghép. Có thể bằng
đồng hoặc đồng thau hoặc với dạng sản xuất lớn thì dùng thép đã tôi [4].
c. Bạc cuống phun
Nối vòi phun và kênh nhựa với nhau qua tấm kẹp phía trước và tấm khuôn trước.


Khóa luận tốt nghiệp

14

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Hình 2.6: Các kiểu bạc cuống phun.
2.2.4. Hệ thống đẩy trong khuôn
Các chốt đẩy được gia công chính xác ở phần dẫn hướng và được lắp theo hệ
thống trục và được chọn theo tiêu chuẩn. Độ cứng của thân chốt khoảng 60 - 65 Rc,
độ cứng của đầu chốt khoảng 30 - 35 Rc [4].
2.2.5. Hệ thống làm nguội khuôn
Nhựa lỏng sau khi vào khuôn được làm nguội nhanh để giảm nhiệt độ của sản
phẩm xuống dưới nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, từ đó rút ngắn chu kỳ ép phun
của vật liệu. Nếu làm nguội khuôn không tốt thì nhựa sẽ gia nhiệt cho khuôn và quá
trình định hình sẽ kéo dài làm tăng thời gian chù kỳ ép phun. Do đó hệ thống làm
nguội khuôn đóng vai trò rất quan trọng, nó quyết định toàn bộ chu kỳ ép phun [4].
a. Các phương pháp làm nguội:
Làm nguội bằng khí: Khuôn được làm nguội bằng khí nhờ vào bức xạ nhiệt của
thép làm khuôn ra môi trường xung quanh.
Làm nguội bằng nước hoặc hỗn hợp ethylene glycol và nước: Đây là phương pháp
phổ biến nhất hiện nay. Theo phương pháp này, khuôn được làm nguội nhờ vào các
kênh dẫn chứa chất làm nguội được bố trí trong các tấm khuôn [4].
2.2.6. Hệ thống dẫn nhựa
Hệ thống dẫn nhựa có nhiệm vụ dẫn nhựa từ vòi phun của máy ép phun vào trong
lòng khuôn. Nhờ vào việc tối ưu hóa hệ thống kênh dẫn để phòng ngừa các khuyết
tật như: cong vênh, nứt hay thiếu hụt của sản phẩm.
Hệ thống dẫn nhựa gồm có: Cuống phun, kênh dẫn nhựa, miệng phun, thường
trong thiết kế người ta thường thiết kế kênh dẫn và miệng phun trước rồi mới đến
cuống phun vì kích thước của cuống phun phụ thuộc vào kích thước kênh dẫn và
miệng phun [4].

Khóa luận tốt nghiệp

15

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Hình 2.7: Hệ thống kênh dẫn nhựa.

2.3. Các lưu ý khi thiết kế sản phẩm trong công nghệ ép phun
2.3.1. Khái quát các vấn đề liên quan đến thiết kế sản phẩm ép phun
Trong quá trình phân tích sản phẩm, nếu áp suất điền đầy cao và hay xuất hiện các
khuyết tật như: sản phẩm không được điền đầy, bị bavia, xuất hiện đường hàn… Thì
không nên thay đổi hình học sản phẩm mà ưu tiên thay đổi các thông số gia công
hay chọn lại vật liệu gia công.
Nếu thay đổi các thông số gia công mà vẫn không được cải thiện được vấn đề trên
thì nên thay đổi hình học của chi tiết. Thay đổi sẽ ảnh hưởng đến nhiều chi tiết lắp,
tính thẩm mỹ, độ bền, cơ lý của chi tiết [4].
2.3.2. Một số vấn đề cần quan tâm trong quá trình thiết kế hình học sản phẩm.
a. Góc thoát khuôn
Đối với sản phẩm có gân, vấu lồi, rãnh sâu… hay có bề mặt vát ta nên thiết kế góc
vát theo hướng mở của khuôn để sản phẩm có thể thoát ra khỏi khuôn 1 cách dễ
dàng mà không bị các khuyết tật.


Khóa luận tốt nghiệp

16

(a) Không nên

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

(b) Nên

Hình 2.8: Góc thoát khuôn.
Giá trị góc vát phụ thuộc vào độ co rút của vật liệu và chiều cao vát (thường từ
0,25-3o).
Khi không thiết kế góc thoát khuôn hay thiết kế không đúng thì ma sát giữa bề
mặt sản phẩm và bề mặt khuôn sẽ rất lớn. Khi đó sản phẩm sẽ bị kẹt lại trong
khuôn, nếu sản phẩm được lấy ra ngoài thì sản phẩm cũng bị lỗi bởi lực chốt đẩy
quá lớn làm thụn bề mặt [4].
b. Bề dày thành
Hiệu quả thiết kế:
- Rút ngắn thời gian chu kì ép phun và chế tạo khuôn
- Giảm giá thành sản phẩm và khuôn
- Tiết kiệm vật liệu mà vẫn đạt hiệu quả
- Tránh cong vênh, lỗ khí, vết lõm, đường hàn…


Khóa luận tốt nghiệp

17

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Hình 2.9: Bề dày thành.
Đây là một số khuyết tật thường gặp khi thiết kế sản phẩm mà bề dày không phù
hợp. Nếu phần vật liệu bên trong lõi sản phẩm nguội chậm hơn vật liệu bên trên bề

mặt thì sẽ tạo ra sự co rút không đồng đều trên sản phẩm thì sự co rút này sẽ gây ra
sự cong vênh sản phẩm [4].


Khóa luận tốt nghiệp

18

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Hình 2.10: Khuyết tật thường gặp liên quan đến thiết kế bề dày.
c. Sản phẩm bị cong vênh
Khắc phục sự cong vênh thì cần thiết kế bề dày đồng nhất, phương pháp giúp thiết
kế sản phẩm đồng nhất là tạo vùng chuyển tiếp giữa hai vùng có bề dày khác nhau.

Hình 2.11: Vùng chuyển tiếp.
Một số điều cần chú ý:
- Tùy thuộc vào từng loại sản phẩm mà khác nhau về bề dày. Tuy nhiên trong các
trường hợp cần cách điện, chịu nhiệt, chống mài mòn… thì có thể dày hơn.
- Bề mặt của sản phẩm làm càng mỏng và càng đồng đều thì càng tốt giúp việc
điền đầy lòng khuôn và sự co rút của nhựa lỏng sẽ tốt nhất, ứng suất trong cũng
giảm đáng kể.
Khi nhận thấy sản phẩm không đủ bề dày thì ta có thể:


Khóa luận tốt nghiệp

19

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

- Tăng bề dày
- Sử dụng vật liệu khác bền hơn
- Tạo các gân tang cứng hoặc các góc bo để tang bền
Việc đảm bảo sản phẩm có bề dày đồng đều là rất quan trọng vì thời gian đông
cứng của sản phẩm có bề dày khác nhau là khác nhau. Khi không đảm bảo được đều
này thì các khuyết tật rất dễ xảy ra. Tuy nhiên có thể giảm bớt hỏng hóc bằng việc
thiết kế các đoạn chuyển tiếp [4].

Hình 2.12: Các cách thiết kế bề dày đồng nhất.
d. Góc bo
Hiệu quả thiết kế:
-

Sản phẩm được làm nguội đồng đều
Giảm khả năng cong vênh
Giảm sự cản dòng
Giảm sự tập trung ứng suất
Nhựa lỏng dễ điền đầy trong lòng khuôn


Khóa luận tốt nghiệp

20

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Giải pháp thiết kế góc bo:
- Bán kính bo nằm trong phạm vi từ 25% đến 60% bề dày sản phẩm, tốt nhất là
50%.

- Bán kính ngoài (R) nên bằng bán kính trong (r) cộng thêm bề dày sản phẩm (T)
Một khi đều này không thỏa mãn thì sản phẩm dễ bị cong vênh bởi sự nguội
không đều, sự co rút không đều thêm vào đó thì ứng suất tập trung cũng tăng lên.
Để giữ cho bề dày sản phẩm đồng nhất thì phải thiết kế bán kính cong ở cả 2 góc.

a) Quá mỏng

b) Quá dày

Hình 2.13: Góc bo không đúng.
e. Gân
Hiệu quả thiết kế: Giúp tăng độ bền và tăng khả năng chống uốn của sản phẩm.
Thiết kế gân:
- Thiết kế sao cho bề dày sản phẩm càng mỏng càng tốt (độ cứng tăng khi khoảng
cách gân giảm).
- Bề dày, góc côn, độ cao liên quan đến nhau, nếu bề dày gân quá lớn dẫn đến vết
lõm và góc côn quá lớn sẽ khó khăn điền trong quá trình điền đầy khuôn.
- Độ nghiêng mỗi bên khoảng 10o, bề dày đáy gân tối đa là 0,8 độ dày sản phẩm
nơi đặt gân (0,5-0,8).
- Gân tăng bền phải nằm thẳng hướng với hướng mở khuôn.


Khóa luận tốt nghiệp

21

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

Một số yêu cầu cần chú ý:
- Bề dày của gân không vượt quá ½ bề dày đặt gân nhưng ở những chỗ vật liệu ít

co rút và không ảnh hưởng đến tính thẫm mỹ thì có thể dày hơn 1 chút.
-

Bề dày gân còn tác động đến sự ưu tiên dòng chảy trong quá trình ép phun

(nguyên nhân đưa đến các khuyết tật đường giao lưu và rỗ khí) [4].

Hình 2.14: Các thông số hình học của gân.
Trong đó: + Bề dày gân: t
+Chiều cao gân: h
+ Bán kình góc bo: r
+ Góc nghiêng: ϴ
+ Khoảng cách giữa các gân: a
Gân nên được thiết kế song song, khoảng các giữa các gân nên bằng ít nhất 2 lần
bề dày. Giúp giảm bớt các rãnh làm nguội và hệ thống thoát khí trong khuôn.
Các gân nên đặt dọc theo 1 hướng để đạt độ cứng vững tốt (nên đặt dọc) [4].


Khóa luận tốt nghiệp

22

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến khuyết tật của sản phẩm
2.4.1. Khái niệm về độ cong vênh
Cong vênh là một sự biến dạng mà bề mặt của sản phẩm ép phun không theo hình
dạng dự định của thiết kế. Một phần kết quả cong vênh nhận được từ ứng suất dư
trong quá trình ép phun, bị gây ra bởi sự khác biệt về độ co rút của vật liệu trong
sản phẩm ép phun. Nếu độ co ngót trên toàn bộ chi tiết đồng nhất, sản phẩm sẽ

không bị biến dạng hoặc cong vênh, mà nó sẽ trở nên nhỏ hơn trong phạm vi cho
phép. Tuy nhiên, độ co rút thấp và đồng đều là một yếu tố phức tạp do sự hiện diện
và tương tác của nhiều yếu tố như định hướng của các chuỗi mạch phân tử polymer
và tính chất hóa lý của vật liệu, hệ thống làm mát, thiết kế khuôn và chi tiết sản
phẩm, và điều kiện quá trình ép phun [4].
2.4.2. Nguyên nhân gây ra hiện tượng co rút cong vênh sản phẩm
a. Nguyên nhân
Quá trình giải nhiệt không đồng đều trên toàn bộ sản phẩm.
Một phần nhỏ trên chi tiết co rút nhiều dẫn đến biến dạng trên diện rộng.
b. Các yếu tố ảnh hưởng
Hệ số co rút của vật liệu nhựa.
Phân bố nhiệt độ khuôn và sản phẩm.
Áp suất định hình.
Thời gian giải nhiệt.
Độ cứng vững của kết cấu sản phẩm [4].
2.4.3. Đặc điểm trong hiện tượng co rút cong vênh sản phẩm
Co rút là hiện tượng sản phẩm giảm kích thước trong quá trình nguội của vật liệu
nhựa. Có 3 đặc điểm cần chú ý khi hiện tượng co rút xảy ra: Áp suất phun (P), thể
tích nhựa (V) và nhiệt độ nhựa (T) luôn có ảnh hưởng với nhau. Sự ảnh hưởng của


Khóa luận tốt nghiệp

23

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

các yếu tố khác như nhiệt độ khuôn, hoặc thời gian điền đầy… đều ảnh hưởng đến
độ co rút của sản phẩm nhựa.
Thể tích nhựa sẽ tăng lên khi được nung nóng và giảm dần trở lại như ban đầu khi

hạ nhiệt độ. Khi vật liệu nhựa nóng chảy (melt) bị nén bởi áp suất không đổi, thể
tích nhựa sẽ giảm so với trường hợp không chịu áp suất nào. Khi giảm áp suất thì
thể tích cũng tăng trở lại [4].
2.4.4. Hiện tượng co rút, cong vênh của sản phẩm nhựa:
Co rút nhựa là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ cong vênh của sản phẩm. Khi
sản phẩm nhựa nguội từ nhiệt độ nhựa nóng chảy (melting temperature) đến nhiệt
độ môi trường khuôn (mold temperature) thì sự co rút sẽ xuất hiện trong quá trình.
Nhựa nóng chảy được phun vào lòng khuôn đến khi lòng khuôn được điền đầy. Sau
đó lòng khuôn sẽ được giải nhiệt, ngay lập tức nhựa ở các điểm nằm gần thành
khuôn sẽ đông lại. Kể từ đó, sự co rút diễn ra làm cho thể tích của nhựa trong khuôn
giảm. Nhìn chung, trong quá trình phun ép nhựa, ảnh hưởng của các thông số ép
đến độ co rút - cong vênh sản phẩm nhựa được tổng hợp như (hình 2.15) [4].

Hình 2.15: Ảnh hưởng của thông số ép đến độ co rút nhựa.


Khóa luận tốt nghiệp

24

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

2.4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhựa đến độ co rút cong vênh sản phẩm
Khi chọn thông số ép phun cho nhiệt độ nhựa thì ta phải chọn nhiệt độ ở trạng thái
hóa dẻo như đồ thị (hình 2.16)

Hình 2.16: Biểu đồ trạng thái co rút thể tích theo nhiệt độ.
Vì vậy việc lựa chọn nhiệt độ gia nhiệt cho hạt nhựa thích hợp là rất quan trọng
trong việc giảm độ cong vênh sản phẩm. Nhiệt độ nóng chảy dao động từ khoảng
100 °C đến 450 °C hoặc nhiều hơn, tùy thuộc vào nhựa được đúc [4].

2.4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ co rút cong vênh sản phẩm
Theo các nghiên cứu và thực nghiệm trước đây thì nhiệt độ khuôn sau khi nguội
càng cao thì độ co rút và cong vênh sản phẩm càng cao.
Biểu đồ trên cho thấy nếu nhiệt độ khuôn được làm nguội tốt như cột bên phải thì
độ co rút và cong vênh trên sản phẩm sẽ thấp và ngược lại, khi nhiệt độ khuôn cao
thì độ co rút và cong vênh sản phẩm sẽ cao.
Nhiệt độ khuôn được quyết định bởi hệ thống làm nguội và thời gian làm nguội
khuôn. Nhưng khi dùng hệ thống làm nguội tốt và thời gian nguội lâu thì sẽ đội giá
thành sản phẩm [4].


Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 3

25

GVHD: TS.Rudolf Kiefer

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CREO 4.0
VÀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM 3D

3.1. Tổng quan về phần mềm mô phỏng thiết kế khuôn Creo
Parametric 4.0
3.1.1. Giới thiệu chung
Phần mềm Creo Parametric 4.0 là một trong những phần mềm chuyên nghiệp
trong lĩnh vực thiết kế và gia công khuôn mẫu nó được tích hợp gồm các công cụ:
Thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn, mô phỏng động học và động lực học, xuất bản
vẽ 2D, lập trình gia công CNC.
Thiết kế sản phẩm: Người dùng có thể thiết kế được tất cả các sản phẩm từ đơn

giản bằng các công cụ: Extrude, Revolve, Sweep đến phức tạp bằng các lệnh:
Blend, Warp, Section Sweep, Sweep Blend… Hơn nữa, Creo 4.0 còn hỗ trợ thiết kế
sản phẩm theo tham số để tạo mô hình các chi tiết máy tiêu chuẩn một cách nhanh
chóng. Ngoài ra cũng như các phần mềm 3D khác, Creo 4.0 cho phép chỉnh sửa lại
thông số thiết kế trong từng bước và cập nhật tự động cho các bước tiếp theo.
Thiết kế khuôn: Creo 4.0 mô phỏng các quá trình lắp khuôn và tách khuôn tạo sản
phẩm. Sau khi thiết kế xong chi tiết mẫu, Creo 4.0 cho phép chúng ta tính toán độ
co rút của vật liệu, tự động thiết kế hình dạng lòng khuôn cho chi tiết mẫu và mô
phỏng quá trình tách khuôn với chức năng Mold Cavity.
Xuất bản vẽ 2D: Cũng như các phần mềm vẽ khác, Creo cung cấp module tạo các
hình chiều đứng, bằng hay cạnh… từ mô hình 3D của chi tiết. Ngoài ra phần mềm
còn cung cấp các kí hiệu có sẵn như độ nhám, các kí hiệu dung sai hình học và vị
trí… điều đó không những góp phần làm bản vẽ trở nên đẹp hơn, sáng sủa hơn mà
còn giải phỏng sức lao động con người.
Mô phỏng động học và động lực học: Với chức năng mô phỏng động, Creo
4.0 giúp người dùng lắp ráp các chi tiết thành 1 sản phẩm hoàn chỉnh, sau đó tạo các