Các chú ý về hình dáng hình học khi thiết kế sản phẩm cho khuôn ép phun

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY @&? ĐỀ TÀI: CÁC CHÚ Ý VỀ HÌNH DÁNG HÌNH HỌC KHI THIẾT KẾ SẢN PHẨM CHO KHUÔN ÉP PHUN. GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN. SVTH: Võ Hữu Minh Đức 07112024 Từ Lê Trung 07112094 Nguyễn Công Hoàng 07112033 Nguyễn Tuấn Tùng 07112099 MỤC LỤC Bề dày sản phẩm: Góc bo: Gân: Vấu lồi: Lỗ trên sản phẩm: Góc thoát khuôn: Ren trên sản phẩm: Under-cut: Bề dày của sản phẩm: (File PDF, chương 2- Thiết kế hình học cho sản phẩm nhựa, trang 4, 5) 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 mang lại hiệu quả sử dụng cho sản phẩm. - Tránh được các khuyết tật như: cong vênh, lỗ khí, vết lõm, đường hàn... Một số điều cần chú ý: Tùy thuộc vào từng loại sản phẩm mà bề dày sẽ khác nhau, thường từ (0.5÷ 4) mm . Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt sản phẩm cần đạt được các tính chất như cách điện, chịu nhiệt… thì độ dày có thể dày hơn. Thực tế cho thấy bề dày của sản phẩm được làm càng mỏng khi có thể và càng đồng đều càng tốt. Bằng cách này, việc điền đầy lòng khuôn và sự co rút của nhựa lỏng sẽ đạt được tốt nhất. Ứng suất trong cũng được giảm đi đáng kể. Một khi nhận thấy sản phẩm không đủ bền thì ta có thể: Tăng bề dày. Dùng vật liệu khác có tính bền cao hơn. Tạo các gân tăng cứng hoặc các góc lượn để tăng bền. Việc đảm bảo sản phẩm có bề dày đồng đều là rất quan trọng vì thời gian đông cứng của sản phẩm là khác nhau ở những phần có bề dày khác nhau. Khi không thể đảm bảo được điều này thì các hỏng hóc trên bề mặt rất có khả năng xảy ra. Tuy nhiên, ta có thể hạn chế các hỏng hóc bằng cách thiết kế các đoạn chuyển tiếp: Hình 1.1: Các cách thiết kế phần chuyển tiếp Các khuyết tật thường gặp khi thiết kế bề dày không phù hợp: Hình 1.4 – Sự ưu tiên dòng chảy khi bề dày khác nhau gây đường hàn và lỗ khí. Để khắc phục hiện tượng cong vênh thi cần phải thiết kế bề dày đồng nhất, sau đây là một số cách thiết kế làm cho bề dày đồng nhất: Góc bo: (File PDF, chương 2- Thiết kế hình học cho sản phẩm nhựa, trang 6,7) Hiệu quả thiết kế: - Sản phẩm được làm nguội đồng đều. - Giảm khả năng sản phẩm bị cong vênh. - Giảm sự cản dòng. - Giảm sự tập trung ứng suất. - Nhựa lỏng dễ điền đầy lòng khuôn. Hình 1.5 – Góc bo Một số điều cần chú ý: Bán kính bo nên nằm trong phạm vi từ 25% đến 60% bề dày sản phẩm, nhưng tốt nhất là 50%. Bán kính ngoài nên bằng bán kính trong cộng thêm bề dày sản phẩm : R= r+T. Hình 1.6 – Kích thước thiết kế góc bo. Một khi điều này không được thỏa mãn thì sản phẩm dễ bị cong vênh bởi sự nguội không đều giữa phần nhựa bên trong và bề mặt ngoài sản phẩm khiến sự co rút không đều. Thêm vào đó 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 bên góc. Các khuyết tật thường gặp phải: b) c) Hình 1.7 – a) Vết nứt ; b) Vết khía hình V; c) Nếp gấp bề mặt Gân: (File PDF, chương 2- Thiết kế hình học cho sản phẩm nhựa, trang 7, 8 , 9, 10) Hiệu quả thiết kế: - Tăng bền. - Tăng khả năng chống uốn của sản phẩm. Hình 1.8 – Tác dụng của gân. Một số điều cần chú ý: Bề dày của gân không nên vượt quá ½ bề dày đặt gân nhưng ở những chỗ vật liệu ít co rút và không ảnh hưởng đến tính thẩm mĩ thì có thể dày hơn một chút. Tuy nhiên, ta nên cân nhắc khi thiết kế vì điều này dễ đưa đến các vết lõm trên bề mặt đối diện đặt gân. 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 hàn và rỗ khí. Bề dày gân : t ≤ 0.5 T Chiều cao gân : h ≤ 3T. Bán kính góc bo : r ≥ (0.25 -0.5)T. Góc nghiêng : Ø ≥ 0.5°. Khoảng cách giữa các gân :S ≥ 2T. Các gân nên thiết kế song song, khoảng cách giữa các gân nên ít nhất là bằng 2 lần bề dày→ giúp giảm bớt hệ thống làm nguội và các rãnh thoát khí trong khuôn. Các gân nên đặt dọc theo một hướng để đạt độ cứng vững tốt. Ta có thể đặt ngang nhưng việc này không mang lại hiệu quả cao bằng đặt dọc. Hình 1.9 – Các kiểu đặt gân. Ngoài việc thiết kế gân để tăng bền ta có thể thay thế gân bằng các nếp gấp để tăng độ cứng vững và tính thẩm mĩ. Hình 1.10 – Các kiểu nếp gấp. Khi thiết kế gân chéo giao nhau thì chỗ chuyển tiếp nên là một điểm để đảm bảo độ cứng và khả năng chống lại ứng suất cho sản phẩm. Hình 1.11 – Các kiểu gân chéo nhau. Gân tăng cứng : dùng để tăng cứng cho các góc, mặt bên, vấu lồi của sản phẩm. Hình 1.12 – Các thông số để thiết kế gân tăng cứng. Vấu lồi : (File PDF, chương 2- Thiết kế hình học cho sản phẩm nhựa, trang 10, 11, 12) Các vấu lồi thường dùng để bắt vít hay các chốt để lắp ráp các chi tiết lại với nhau. Hình 1.13 – Vấu lồi. Bề dày của vấu nên nhỏ hơn 75% bề dày đặt vấu, lưu ý khi bề dày vấu vượt 50% thì dễ đưa đến các vết lõm trên bề mặt vì ứng suất tập trung tăng. Hình 1.14 – Các thông số thiết kế vấu lồi. Bán kính ngoài chuyển tiếp nên bằng 25% bề dày đặt vấu hay ít nhất cũng bằng 0.4mm để giảm ứng suất. Một khi ta tăng chiều sâu vấu nên làm bán kính chuyển tiếp để giảm bớt sự chuyển động hỗn loạn của vật liệu trong quá trình ép phun và giữ ứng suất ở mức nhỏ nhất.Tuy nhiên điều này đưa đến một hệ quả là bề mặt đối diện dễ bị khuyết tật. Hình 1.15 – Vết lõm ở mặt đối diện. Các góc côn ngoài ở mặt bên nên nhỏ nhất là 0.50 và góc côn trong nhỏ nhất nên là 0.250 để đảm bảo sự thoát khuôn. Để bền hơn, các vấu lồi đặt cách xa thành sản phẩm nên thiết kế thêm các gân tăng cứng. Các vấu này nên đặt cách thành ít nhất là 3mm để tiết kiệm vật liệu và giảm thời gian chu kỳ. Khoảng cách giữa hai gân nên bằng ít nhất hai lần bề dày thành sản phẩm vì nếu đặt gần quá sẽ khó nguội. Hình 1.16 – Thiết kế vấu kết hợp với gân tăng cứng. Hình 1.17 – Các thông số thiết kế gân tăng cứng. Để sản phẩm không bị các vết lõm ở chân núm chúng ta cần phải tạo một vòng lõm ngay chân núm để tránh sự tập trung vật liệu. Lỗ trên sản phẩm : (File PDF, chương 2- Thiết kế hình học cho sản phẩm nhựa, trang 12, 13) Lỗ không thông : Chiều sâu của lỗ thường không vượt quá 3 lần đường kính lỗ. Đối với các lỗ có đường kính nhỏ hơn 5mm (xấp xỉ 3/16 inch) thì tỉ lệ này là 2. Bề dày của phần vật liệu dưới cùng nên lớn hơn 20% đường kính lỗ để loại trừ khuyết tật cho mặt đối diện. Một thiết kế tốt là bề dày của thành lỗ luôn đồng đều và không có các góc sắc cạnh nơi mà tập trung của ứng suất. Hình 1.18 – Các thông số thiết kế lỗ không thông. Lỗ thông suốt : Khoảng cách giữa hai lỗ hoặc giữa các lỗ với mép ngoài của sản phẩm nên bằng hai lần bề dày hoặc hai lần kích thước lớn nhất được đo theo chu vi của lỗ. Kích thước thiết kế được chỉ ở hình 1.19: Hình 1.19 – Các thông số thiết kế lỗ thông suốt. Nên thiết kế để hướng của dòng chảy dọc xuống theo lỗ để tránh đường hàn. Nếu đường hàn ở mức không chấp nhận được thì ta không nên thiết kế lỗ mà sẽ khoan lỗ cho sản phẩm sau khi ép phun. Bên trong thành lỗ nên bóng nhẵn để tăng khả năng điền đầy. Hình 1.20 – Các kiểu bề mặt lỗ. Góc vát thoát khuôn : ( góc thoát khuôn) (File PDF, chương 2- Thiết kế hình học cho sản phẩm nhựa, trang 14, 15) 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 chắc rằng sản phẩm sẽ thoát khỏi lòng khuôn một cách dễ dàng. Ta cũng có thể dựa vào đồ thị sau để thiết kế góc vát cho thích hợp: Hình 1.21 – Góc vát và chiều cao vát Ví dụ: Tính góc thoát khuôn cho sản phẩm ly nhựa uống nước như hình: A = 5 (mm) C = 93 (mm) Ta tính ra được giá trị góc thoát khuôn là: Tg B = A / C = 5 / 93 ~ 0.0537 → B ~ 3°4°25.79 ( góc thoát khuôn B có giá trị gần đúng với đồ thị hình 1.21) Giá trị góc vát phụ thuộc vào cơ tính co rút của nhựa và chiều cao vát.Thông thường giá trị này nằm trong khoảng 0.250-30 cho mỗi mặt bên.Tuy nhiên đối với sản phẩm có chiều cao cần vát từ 5mm trở xuống thì ta có thể không cần tạo góc thoát khuôn vì ma sát giữa mặt sản phẩm và thành khuôn không lớn, do việc xử lý bề mặt trong quá trình làm nguội nên sản phẩm được đẩy ra một cách dễ dàng. Khi không thiết kế góc thoát khuôn hay thiết kế không đúng thì ma sát giữa bề mặt sản phẩm và mặt khuôn sẽ rất lớn.Khi đó sản phẩm sẽ bị kẹt lại trong khuôn hoặc nếu đẩy ra ngoài đi chăng nữa thì bề mặt sản phẩm cũng sẽ bị lỗi bởi lực chốt đẩy quá lớn làm thụn bề mặt. Hình 1.21 Thiết kế sản phẩm có ren : (File PDF, chương 4- Khuôn ép phun cho sản phẩm có ren, trang 106,107, 108) Bán kính đỉnh ren và chân ren nên lớn nhất đến mức có thể để tránh sự tập trung ứng suất. Hình 1.22 – Một số profile ren thường dùng để thiết kế cho sản phẩm nhựa. Đoạn cuối ren nên làm tròn để tránh tuôn ren và hư ren. Hình 1.23 – Làm tròn đoạn hết ren. Khi thiết kế ren côn nên thiết kế theo hình sau : Hình 1.24 – Ren côn. Tránh thiết kế đoạn ren có bước ren t ≤ 1mm (32 ren/inch) để tránh tuôn ren và dễ chế tạo khuôn. Khi thiết kế ren nhựa lắp với ren kim loại (thường thấy trong hệ thống ống nước) ta nên thiết kế ren ngoài cho sản phẩm nhựa và ren trong cho kim loại để tránh ren kim loại làm hỏng ren nhựa. Hình 1.25 – Thiết kế ren ngoài cho chi tiết nhựa. Ren cho sản phẩm nhựa đôi khi không cần theo tiêu chuẩn để dễ chế tạo khuôn. Hình 1.26 – Ren phi tiêu chuẩn. Undercut : (Undercut) Undercut là phần trên sản phẩm gây ra khó khăn khi tách khuôn ví dụ như lỗ ngang trên sản phẩm, hay nói cách khác đó là những lỗ song song với mặt phân khuôn…. Để tạo đựơc các lỗ này chúng ta phải đặt lõi và khi tách khuôn lấy sản phẩm ta phải rút lõi trước rồi mới tách khuôn lấy sản phẩm. Trong quá trình thiết kế khuôn, ta nên tránh thiết kế undercut để khuôn bớt phức tạp và tiết kiệm được chi phí chế tạo. Các lưu ý khi thiết kế: Có một số phương pháp thiết kế có thể biến đổi một undercut trên chi tiết thành một kiểu dáng khác mà ta có thể chế tạo nó khi sử dụng khuôn kéo thẳng. Lấy một ví dụ, coi như thiết kế một chi tiết yêu cầu một lỗ xuyên suốt. Trong hình minh họa, hình 2 cho chúng ta thấy chi tiết có thể được thiết kế lại để đạt được chức năng giống như cũ bằng cách biến đổi lỗ thành ba đường bao đối diện nhau, mỗi đường bao được tạo hình trên mặt đối diện của khuôn bằng công dụng của telescoping shutoff ( Telescoping shutoff: là vùng kim loại trượt lên nhau ở trong khuôn, thông thường sẽ tạo lỗ trên sản phẩm, và phải tạo góc thoát khuôn 3o trên các bề mặt liên quan của sản phẩm) Hình 2 Một ví dụ khác, cần undercut để tạo cơ cấu then cài thông dụng. Hình 3 chỉ cách thiết kế then cài có thể bỏ undercut bằng cách sử dụng telescoping shutoff. Hình 3 Đối với hình phía bên trái: không có góc côn những bề mặt song song với khuôn sẽ trượt lên nhau. Đối với hình bên phải: có góc côn thì những bề mặt bị bít trong khuôn sẽ được cải thiện. Dĩ nhiên, cách đơn giản hơn nhiều đó là gia công sản phẩm sau khi ép. Ví dụ hình 4, sản phẩm được đúc không có lỗ, sau đó sẽ khoan để tạo lỗ. Hình 4 Sau đây là một vài ví dụ về undercut: Khuôn Angular Slide nhựa điển hình với một under-cut: Khi phần khuôn động áp vào phần khuôn tĩnh bạn sẽ thấy là khi đó Cam (Angular Pin: màu xanh) sẽ khớp với lõi trượt (Angular Slide) và đẩy lõi trượt vào giúp tạo các lỗ và phần undercut. Sau khi ép xong, bàn máy sẽ đưa khuôn động dịch chuyển từ trái sang phải để tách mặt phân khuôn. Lúc này do có góc nghiêng cộng với tác dụng của lò xo (Coil Spring) thì Cam sẽ kéo lõi trượt về vị trí ban đầu giúp cho lõi trượt không cản trở việc đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn, phần cản trở của under-cut sẽ được giải phóng. Loại khuôn đẩy bằng tấm có 2 Undercut : Cũng tương tự như hình trên nhưng khuôn này co đến 2 under cut và đặc biệt hơn là hệ thống khuôn này dùng 1 tấm đẩy để đẩy sản phẩm thay vì dùng 1 hệ thống pin để đẩy sản phầm. Khuôn có Slope Slide: TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu 6 chương pdf.