TaiLieuDaiHoc com
tải về 48.58 Kb.
|
- Điều hướng trang này:
- TaiLieuDaiHoc.com
TaiLieuDaiHoc.comĐồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 4 CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN SẢN PHẨM NHỰA 6 I. Chất dẻo 6 1.2. Phân loại chất dẻo 6 1.3. Những tính chất của chất dẻo 7 1.4. Các chất phụ gia sử dụng trong chất dẻo 8 II. Các phương pháp gia công chất dẻo 9 2.1. Công nghệ cán 9 2.2. Công nghệ phủ chất dẻo 9 2.3. Công nghệ đùn 10 2.4. Gia công vật thể rỗng 10 2.5. Công nghệ ép 10 2.6. Công nghệ tạo xốp chất dẻo 11 2.7. Công nghệ hàn chất dẻo 11 2.8. Công nghệ dán chất dẻo 11 2. 9. Công nghệ đúc phun 11 III. Công nghệ đúc phun gia công sản phẩm nhựa 12 3.1. Vật liệu sử dụng để đúc 12 3.2. Máy đúc phun 14 3.2.1. Phân loại máy đúc phun 15 3.2.2. Nhiệm vụ và đặc trưng quan trọng của các cụm kết cấu 16 3.3. Quá trình đúc phun 22 3.3.1. Giai đoạn dẻo hóa và chuyển hóa vật liệu sang trạng thái nóng chảy 22 3.3.2. Giai đoạn điền đầy khuôn và làm nguội sản phẩm 23 3.3.3. Giai đoạn lấy sản phẩm ra khỏi khuôn 26 3.4. Khuôn đúc phun 26 3.4.1. Định nghĩa và các thành phần cơ bản của khuôn 27 3.4.2. Phân loại khuôn 30 3.4.3. Hệ thống cấp nhựa 32 3.4.4. Hệ thống đẩy 35 3.4.5. Điều khiển nhiệt độ khuôn 37 3.4.6. Lõi mặt bên 39 3.4.7. Các chi tiết khuôn cơ bản 42 3.5. Các khuyết tật của sản phẩm đúc phun và cách khắc phục 44 3.5.1. Đường hàn và đường hợp 44 3.5.2.Cản khí 45 3.5.3.Vết nứt 46 ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 2 3.5.4. Sự cong vênh 46 3.5.5. Sự tạo đuôi 46 3.5.6. Lõm co và rỗ co 47 3.5.7. Sản phẩm thiếu nhựa 47 CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT CAD/CAM – CNC & GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM MASTERCAM X, SOLIDWORKS 2005, MOLDFLOW PLASTICS INSIGHTS 5.0 49 I. Nguyên lý chung của kỹ thuật CAD/CAM 49 1.1. Quá trình CAD 49 1.2. Quá trình CAM 50 II. Phần mềm Mastercam X 53 2.1. Giới thiệu chung 53 2.2. Giao diện vùng làm việc của Mastercam X 54 2.3. Thiết lập thông số gia công trên máy 57 2.4. Xuất mã NC 62 III. Phần mềm SolidWorks 2005 62 3.1. Giới thiệu chung 62 3.2. Giao diện và một số chức năng cơ bản 63 3.2.1. Mở một bản vẽ SolidWorks 64 3.3.3. Chức năng tiện ích trong thiết kế 3D 66 IV. Phần mềm Moldflow Plastics Insights 70 4.1. Giới thiệu chung 70 4.2. Giao diện chương trình 71 4.3. Các chức năng chính 71 4.4. Các loại kết quả 72 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM NHỰA CÓ ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT CAD/CAM 76 I. Máy gọt bút chì 76 1.1. Thiết kế sản phẩm máy gọt bút chì có ứng dụng SolidWorks 2005 76 1.2. Công dụng và nguyên lý hoạt động của máy gọt bút chì 79 1.2.1. Công dụng 79 1.2.2. Nguyên lý hoạt động 79 1.3. Tính công nghệ của vỏ máy gọt bút chì 80 II. Thiết kế khuôn đúc 81 2.1. Cơ sở dữ liệu cho thiết kế khuôn 81 2.2. Các bước thiết kế khuôn đúc 83 2.2.1 Vẽ to hình sản phẩm, xác định đường phân khuôn 83 2.2.2. Xác định vị trí đặt miệng phun và chốt đẩy 83 2.2.3. Xác định bạc cuống phun 83 2.2.4. Xác định hệ thống lõi mặt bên, miếng ghép lòng và lõi khuôn 84 2.2.5. Xác định hệ thống làm nguội, vị trí chốt dẫn hướng và vít kẹp 88 2.2.6.Thiết kế chiều dày của các tấm khuôn 89 ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 3 2.2.7. Xác định quá trình đẩy và độ dày tấm đẩy 90 2.2.8. Xác định vòng định tâmvà bu lông vòng nâng 91 2.2.10. Tính lực kẹp khuôn và lực đẩy vật đúc 95 2.2.11.Chọn loại máy đúc 96 2.2.12. Lắp đặt khuôn 96 2.2.13. Lưu giữ khuôn 97 2.3. Ứng dụng Moldflow Plastics Insights để mô phỏng tính toán đúc phun 98 2.3.1. Thiết đặt thông số đầu vào 98 2.3.2.Kết quả thu được 101 III. Ứng dụng MasterCAM X trong việc gia công, chế tạo khuôn 105 CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÒNG KHUÔN – LÕI KHUÔN 114 I. Quy trình công nghệ gia công lòng khuôn 114 1.1. Dạng sản xuất 114 1.2. Phương pháp chế tạo phôi 114 1.3. Thứ tự các nguyên công 115 1.4. Tính chế độ cắt 116 II. Quy trình công nghệ gia công lõi khuôn 136 2.1. Dạng sản xuất 136 2.2. Phương pháp chế tạo phôi 136 2.3. Thứ tự các nguyên công 138 2.4. Tính chế độ cắt 139 KẾT LUẬN 161 PHỤ LỤC 1 162 I. Chương trình gia công lòng khuôn 162 1.1. Chương trình gia công phay lòng khuôn 162 1.2. Chương trình gia công các lỗ trên miếng ghép lòng khuôn 163 II. Chương trình gia công lõi khuôn 164 2.1. Chương trình phay lõi khuôn 164 2.2. Chương trình gia công các lỗ trên miếng ghép lõi khuôn 165 PHỤ LỤC 2. CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐÚC PHUN 164 Tài liệu tham khảo 178 ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 4 Lời nói đầu Ngày nay, sản phẩm nhựa xuất hiện trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống hàng ngày. Trong các ngành công nghiệp nhẹ, từ trước đến nay nhiều chi tiết thiết bị đã được chế tạo từ sản phẩm polyme. Trong các ngành công nghiệp nặng, vật liệu nhựa đang dần thay thế thép cho các chi tiết ít chịu lực; cá biệt có một số loại nhựa có tính chịu lực cao, chịu nhiệt, chịu mài mòn và chịu được môi trường mà các loại thép có thể bị phá hủy đã được dùng. Và dễ thấy nhất là trong đời sống hàng ngày, hầu hết các vật dụng cần thiết phục vụ cho cuộc sống đều là các sản phẩm nhựa. Có nhiều phương pháp chế tạo các sản phẩm nhựa trong đó đáng chú ý là công nghệ đúc phun (Injection Molding). Đây là phương pháp tạo hình quan trọng nhất và được sử dụng ngày càng rộng rãi nhờ tính điều hòa giữa chất lượng và chi phí khi gia công các sản phẩm có bề mặt phức tạp. Trước đây việc thiết kế, chế tạo lòng khuôn và lõi khuôn đúc phun có bề mặt phức tạp gặp rất nhiều khó khăn do dùng các phương pháp truyền thống. Chúng phụ thuộc nhiều vào trình độ người thiết kế, người thợ; thời gian sản xuất lòng khuôn dài và kém chính xác. Hiện nay nhờ sự phát triển của các kỹ thuật thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD), chế tạo có sự trợ giúp của máy tính (CAM) và các máy gia công CNC, tia lửa điện EDM … việc thiết kế và chế tạo lòng khuôn đã đơn giản hơn nhiều, rút ngắn được thời gian sản xuất, đảm bảo độ chính xác gia công về hình dáng, kích thước, độ tương quan. Bên cạnh đó, nhiều phần mềm chuyên dụng dùng để tính toán mô phỏng các thông số đúc phun đã ra đời nhằm hỗ trợ cơ sở dữ liệu giúp người dùng kiểm tra trước tính hợp lệ của sản phẩm và khuôn, đưa ra chiến lược thiết kế phù hợp dùng để dự đoán và giải các bài toán sản xuất trước khi chúng được đưa vào thực tế. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 5 Ở nước ta việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa phục vụ cho đời sống cũng như trong kỹ thuật đang được phát triển rất mạnh mẽ, số lượng các cơ sở sản xuất ứng dụng phương pháp gia công mới ngày càng nhiều. Xuất phát từ thực tế đó, em đã chọn đề tài: “Thiết kế công nghệ chế tạo lòng khuôn vỏ máy gọt bút chì từ nhựa PolyPropylen có ứng dụng các phần mềm CAD/CAM như SolidWorks 2005, Mastercam X và công cụ tính toán mô phỏng quá trình đúc phun Moldflow Plastics Insights 5.0” làm đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, động viên và góp ý. Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn, PGS. TS Trần Xuân Việt vì những chỉ bảo tận tình của thầy trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Em cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện để bản đồ án này hoàn thiện hơn. Mặc dù đã có cố gắng, nhưng do thời gian và khả năng bản thân hạn chế, đồ án không tránh khỏi có những thiếu sót. Một lần nữa em xin cảm ơn và rất mong được sự quan tâm đóng góp ý kiến của những người quan tâm đến đề tài của bản đồ án này. Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2007 Sinh viên Nguyễn Vũ Quang ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 6 CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN SẢN PHẨM NHỰA Công nghệ đúc phun (hay ép phun) là phương pháp chế tạo sản phẩm từ một loại vật liệu phi kim loại: chất dẻo. Nó đóng vai trò như bộ phận chính trong nền công nghiệp nhựa toàn thế giới, chiếm tỷ trọng 32% sản phẩm nhựa sản xuất ra hàng năm (chỉ đứng sau công nghệ đùn với tỷ trọng 36%). Chương này giới thiệu tổng quan về chất dẻo, các phương pháp gia công chất dẻo rồi tập trung vào công nghệ ép phun. I. Chất dẻo 1.1. Định nghĩa: Chất dẻo (hay nhựa) là loại vật liệu được tạo thành từ nhiều phân tử (polyme). Nó có thể được tổng hợp hoặc thay đổi từ thành phần nhỏ (monome). Ở điều kiện thường chất dẻo là vật rắn. Dưới đây là biểu đồ phân loại các vật liệu trong đời sống trong đó chất dẻo phân chia làm nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. 1.2. Phân loại chất dẻo Dựa trên lý tính, hoá tính, cấu trúc phân tử, khả năng gia công… Người ta phân loại chất dẻo theo nhiều phương pháp khác nhau. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 7 Phân loại chất dẻo theo cấu trúc hoá học Trong các loại nhựa, tuỳ theo trạng thái sắp xếp chuỗi mạch mà ta phân loại nhựa có dạng kết tinh hoặc vô định hình. Nhựa kết tinh (PP, PE,…) thường ở trạng thái đục mờ trong khi nhựa vô định hình (ABS, PC…) có độ trong suốt cao. Phân loại chất dẻo theo công nghệ Chất dẻo được chia thành hai loại: nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn. Nhựa nhiệt dẻo có khả năng lặp lại nhiều lần quá trình chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt nên có thể sử dụng lại nhiều lần nhưng phẩm chất giảm dần khi dùng lại. Nhựa nhiệt rắn khi bị tác dụng của nhiệt hoặc xử lý hóa học sẽ trở nên cứng rắn. Nhựa nhiệt rắn không có khả năng tái sinh. Phân loại chất dẻo theo hình dạng mạch phân tử Có thể phân biệt các loại chất dẻo có hình dạng sợi tuyến tính, hình dạng sợi phân nhánh, cấu trúc lưới không gian, cấu trúc hình dây thang, cấu trúc lưới phẳng, cấu trúc hình sao… Phân loại chất dẻo theo công dụng Trong thực tế nhựa thường được phân thành 3 loại: Nhựa thông dụng (được sử dụng rộng rãi), nhựa kỹ thuật (dùng trong các chi tiết máy), nhựa kỹ thuật chuyên dùng (sử dụng trong một số lĩnh vực chuyên biệt) và nhựa hỗn hợp. 1.3. Những tính chất của chất dẻo 1.3.1. Tính chất vật lý - Tỷ trọng nhựa: thường dao động từ 0,9 - 2,0 3 / cmg . Các nhựa khi gia công thành sản phẩm xốp thì có tỉ trọng thấp( 0,02 – 0,1 3 / cmg ) và có độ truyền nhiệt nhỏ. - Chỉ số nóng chảy: là chỉ số thể hiện tính lưu động của vật liệu nhựa khi gia công. Chỉ số chảy càng lớn thể hiện tính lưu động của vật liệu càng cao và dễ gia công và ngược lại. - Độ hút ẩm (độ hút nước): Mức độ hút nước được xác định bằng mức hút nước của nhựa. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 8 - Độ co nhiệt của nhựa: Độ co nhiệt của nhựa là % chênh lệch giữa kích thước sản phẩm sau khi đã lấy ra khỏi khuôn được ổn định, định hình theo kích thước của khuôn. Đây là một chỉ số rất quan trọng khi thiết kế khuôn nhằm tạo ra sản phẩm có độ chính xác cao. 1.3.2 Tính chất hoá học - Tính chịu hoá chất: Đa số các loại nhựa thường bền khi chịu tác động của môi trường khí quyển. Hơn nữa chúng còn bền với các loại hoá chất như axít, kiềm, muối và các loại hoá chất khác. - Tính chịu thời tiết, khí hậu: là tính thay đổi về chất lượng độ bền của sản phẩm dưới ảnh hưởng của ánh sáng, nhiệt độ, không khí. Quá trình giảm độ bền dưới tác động của khí hậu gọi là sự lão hoá của nhựa. Người ta thường dùng thêm một số chất phụ gia có tác dụng hạn chế quá trình lão hoá của nhựa. 1.4. Các chất phụ gia sử dụng trong chất dẻo - Chất bôi trơn: Chất bôi trơn trong nhằm giảm ma sát giữa các mạch hay đoạn mạch cao phân tử của chất dẻo và cải thiện tính chất chảy dưới tác dụng của nhiệt. Chất bôi trơn ngoài nhằm làm tránh sự bám dính giữa nhựa với bề mặt trong lòng xy lanh, bề mặt trục vít và khuôn. Các loại chất bôi trơn gồm có: Rượu béo, axít béo, … - Chất hoá dẻo: có trong nhựa nhằm cải thiện sự hoá dẻo, dễ dàng điền đầy khuôn và tạo ra sự mềm dẻo của sản phẩm. Ví dụ: Este của axit hay rượu, Butanol, Glycol … - Chất ổn định: gồm các loại ổn định nhiệt, ổn định tia tử ngoại, chất chống lão hoá… nhằm mục đích tránh phá huỷ đặc biệt do nhiệt trong quá trình gia công hoặc sự dụng sản phẩm chất dẻo. Chất ổn định nhiệt chủ yếu dùng cho nhựa PVC nhằm tránh tạo đuôi trong quá trình gia công (muối Cadmium, Calcium…). Chất ổn định ánh sáng để bảo vệ chất dẻo dưới ánh nắng mặt trời (Các bon đen, bột màu ). Chất chống lão hóa nhằm mở rộng khoảng nhiệt độ sử dụng của nhựa (phòng lão Fenolic, Amin …) - Chất chống tĩnh điện: Sự tích điện trên bề mặt vật liệu không dẫn điện có thể khử bằng cách sử dụng chất chống tĩnh điện để tạo nên một lớp bề mặt háo nước. Các loại chất chống tĩnh điện gồm: các chất hoạt động bề mặt, muối vô cơ,… ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 9 - Chất làm chậm cháy: tạo nên sự kháng cháy cho chất dẻo. Các chất chậm cháy thường có chứa nhôm, Antimon, Brom,…Chất chậm cháy thường dưới dạng oxit vô cơ hay phân tử hữu cơ có chứa yếu tố Halogen. - Chất tạo xốp: làm cho sản phẩm chất dẻo có những lỗ xốp bên trong. Có hai loại chất tạo xốp: Chất tạo xốp vật lý (tạo xốp bằng cách giãn nở khí nén, bốc hơi chất lỏng, hòa tan của chất rắn), chất tạo xốp hoá học (tạo xốp bằng cách tự phân hủy ở nhiệt độ cao). - Chất tạo màu: được chia làm hai loại: Thuốc nhuộm và chất màu. Thuốc nhuộm là chất hữu cơ tan trong nhựa, nhưng không bền nhiệt. Chất màu là chất vô cơ không tan trong nhựa, kháng nhiệt hơn thuốc nhuộm. - Chất độn: là chất trơ thêm vào trong chất dẻo để cải thiện độ bền và các yêu cầu khác trong khi sử dụng. Chất độn cũng làm cho giá thành của sản phẩm giảm. Có chất độn vô cơ và hữu cơ. Chất độn Cacbonat Canxi và cao lanh, bột tan,… được sử dụng nhiều hơn cả. II. Các phương pháp gia công chất dẻo Có nhiều công nghệ được sử dụng để tạo ra sản phẩm nhựa. Tùy vào vật liệu, hình dạng, yêu cầu chất lượng hay số lượng sản xuất mà ta chọn loại gia công phù hợp. 2.1. Công nghệ cán Quá trình cán là một trong những phương pháp sản xuất của công nghiệp gia công chất dẻo mà trong đó vật liệu chất dẻo, nhiệt dẻo đuợc chế tạo thành tấm hoặc màng. Các máy cán thường sử dụng đó là các máy cán có 4 hoặc 5 trục cán xếp theo các dạng chữ I, L, F, Z. Các loại vật liệu thường dùng để cán: PVC cứng và PVC mềm, các copolyme từ PVC, Polistirol dai và ABS, các chất Polyolefin… 2.2. Công nghệ phủ chất dẻo Công nghệ tráng phân lớp được hiểu là quá trình phủ bọc lớp chất dẻo lên vật liệu cốt dạng tấm mềm dễ uốn (như vải, giấy, sợi tự nhiên, sợi tổng hợp,…). Có nhiều phương pháp phủ như phết bằng dao phết, tráng phân lớp bằng trục trụ tròn, tẩm nhúng, … ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 10 2.3. Công nghệ đùn Từ chất dẻo dạng hạt hoặc bột, ta thu được sản phẩm sản xuất liên tục ví dụ như sản xuất ống gọi là thiết bị máy đùn. Máy đùn thực chất là một thành viên trong dây chuyền sản xuất. Nó gồm có thiết bị tạo hình, bộ phận chỉnh hình, bộ phận kéo sản phẩm, bộ phận thu sản phẩm hoặc cắt sản phẩm thành từng đoạn nhất định. Khối chất dẻo nóng chảy cần có độ cứng nhất định để lúc khởi đầu định hình giữ được hình dạng tạo ra nó. Gia công đùn được sử dụng để gia công đối với sản lượng lớn chủ yếu là các chất dẻo như PVC cứng, PVC mềm, PE, và PP. 2.4. Gia công vật thể rỗng Công nghệ tạo hình rỗng được hiểu là người ta tạo hình đoạn ống nhựa nhiệt dẻo được đùn ra bằng khí nén áp lực cao từ phía trong nó thành sản phẩm cần chế tạo. Khâu thổi sản phẩm được tiến hành trong khuôn rỗng hai nửa sao cho đoạn ống chất dẻo được đùn ra ở trạng thái nóng sẽ tiếp nhận biên dạng của khoang rỗng trong khoang mẫu, sau đó được làm nguội. Vật liệu cho sản phẩm này chủ yếu là Polyetylen (85%) tạo ra các mặt hàng để đóng gói sản phẩm. 2.5. Công nghệ ép Quá trình ép là quá trình gia công trong đó vật liệu đã dẻo hoá sơ bộ hoặc đã được nung nóng sơ bộ, được tạo viên, được định lượng vào khoang khuôn. Sau đó ở nhiệt độ đủ xác định sau khi khuôn đóng, dưới áp lực vật liệu ép được tiến hành tạo lưới thành sản phẩm. Nguyên công ép chủ yếu để gia công các sản phẩm từ các xốp chất dẻo, từ Polyolefin có phân tử lượng lớn như PE, PP đến các chất dẻo họ xellulo. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 11 2.6. Công nghệ tạo xốp chất dẻo. Xốp chất dẻo là một kiểu đặc biệt của hệ thống phối hợp khi không khí hoặc một loại khí nào đó được phun vào trong chất dẻo. Để thực hiện quá trình tạo xốp người ta sử dụng cả chất dẻo lẫn vật liệu cơ bản trong 3 dạng sau: - Nhiệt dẻo trong trạng thái nóng chảy - Bột nhão hoặc Polyme hạt - Hai hoặc nhiều vật liệu ở trạng thái lỏng mà giữa chúng xảy ra phản ứng hoá học. Dựa vào quá trình gia công xốp ta chia nhựa nhiệt dẻo làm 3 nhóm: - Được tạo xốp trong trạng thái nhớt như PS. - Được tạo xốp trong trạng thái nóng chảy như PVC, PE. - Quá trình tạo xốp tiến hành từ trạng thái lỏng như UF, PF. 2.7. Công nghệ hàn chất dẻo Quá trình hàn chất dẻo là quá trình trong đó các mối liên kết chất nhiệt dẻo đựơc thực hiện nhờ áp lực với việc sử dụng vật liệu hàn hoặc không sử dụng vật liệu hàn. Chất dẻo có phân tử lượng quá lớn không thể hàn được. 2.8. Công nghệ dán chất dẻo Quá trình dán là phương pháp ghép nối hiện đại, bằng phương pháp này ta tạo ra các mối ghép khó có thể tháo gỡ được. 2. 9. Công nghệ đúc phun Công nghệ đúc phun (hay ép phun) là phương pháp tạo hình sản phẩm nhựa trong lòng khuôn dưới áp suất cao. Nhựa được hóa lỏng rồi được phun vào khuôn nhờ piston hay trục vít. Sau khi điền đầy khoang khuôn, nhựa bắt đầu đông đặc lại cho tới nhiệt độ nhất định thì được đẩy ra ngoài. Sau đây là phần giới thiệu về phương pháp đúc phun. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 12 III. Công nghệ đúc phun gia công sản phẩm nhựa 3.1. Vật liệu sử dụng để đúc Vật liệu sử dụng trong công nghệ đúc phun thường ở dạng hạt. Phương pháp đúc sử dụng để gia công cho cả chất nhiệt dẻo cũng như nhiệt cứng. Chất nhiệt dẻo được gia công ở dạng nguyên hoặc pha màu, pha thêm phụ gia hoặc tạo thành xốp. Chất nhiệt cứng dưới tác dụng của nhiệt mềm ra, sau đó tạo cấu trúc lưới chuyển sang trạng thái hoà tan, không nóng chảy. Hầu hết lý thuyết về gia công đúc phun sử dụng cho gia công nhựa nhiệt dẻo, tỷ trọng nhựa nhiệt dẻo bằng cách phương pháp đúc phun chiếm tới 90%. Phương pháp đúc có lợi về mặt kinh tế khi sử dụng nó để sản xuất các sản phẩm định hình với số lượng lớn. Nhiệt độ gia công khoảng CC 00 300150 − . Trong khoảng nhiệt độ này các chất dẻo ở trạng thái rắn chuyển sang trạng thái nóng chảy thuận tiện cho việc gia công áp lực. Sản phẩm vật đúc phải có chiều dày không khác nhau nhiều, không có góc nhọn và phải có góc nghiêng để dễ đẩy. Dưới đây là một số loại nhựa thông dụng chuyên dùng để đúc sản phẩm kèm theo điều kiện đúc: a. ABS (Acrylonitrile-Butadieneо-Styrene): Sản phẩm ứng dụng: các thiết bị trong xe ô tô, tủ lạnh, dụng cụ nhỏ trong gia đình… Điều kiện đúc phun Sấy khô ABS là chất hút ẩm nên cần sấy khô trước khi đúc với nhiệt đô 80 - 90˚C trong ít nhất 2 giờ. Nhiệt độ chảy dẻo 200 - 280˚C; giá trị thường dùng: 230˚C Nhiệt độ khuôn 25 - 80˚C Áp suất đúc 50 - 100 MPa Tốc độ phun Từ vừa đến cao ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 13 b. HDPE (High Density Polyethylene) Sản phẩm ứng dụng: Các hộp chứa trong tủ lạnh, đồ làm bếp, … Điều kiện đúc phun Sấy khô Thường không cần thiết nếu bảo quản cẩn thận Nhiệt độ chảy dẻo 180 - 280˚C; 200 - 250˚C cho vật liệu phân tử lượng lớn Nhiệt độ khuôn 20 - 95 ˚C (nhiệt độ cao cho thành dày tới 6 mm; nhiệt độ thấp cho thành dày hơn 6 mm.)Hệ thống làm nguội nên đồng đều để tránh co nhiệt không đồng đều. Áp suất đúc 70 - 105 MPa Tốc độ phun Tốc độ phun yêu cầu cao c. LDPE (Low Density Polyethylene) Sản phẩm ứng dụng: Cửa van, bát , phễu, ống nối. Điều kiện đúc phun Sấy khô Thường không cần thiết Nhiệt độ chảy dẻo 180 - 280˚C Nhiệt độ khuôn 20 - 70˚C Áp suất đúc Tới 150 MPa Tốc độ phun Cao d. PC (Polycarbonate) Sản phẩm ứng dụng: Trang thiết bị điện và các phụ tùng. Điều kiện đúc phun: Sấy khô PC là chất hút ẩm nên cần sấy khô trước khi đúc với nhiệt độ 100- 120˚C trong 3 đến 4 giờ. Nhiệt độ chảy dẻo 260 - 340˚C Nhiệt độ khuôn 70 - 120˚C Áp suất đúc Cao đến mức có thể ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 14 Tốc độ phun Tốc độ phun thấp với miệng phun dạng cạnh và nhỏ; tốc độ phun cao với các loại miệng phun khác. e. PP (Polypropylene) Sản phẩm ứng dụng: Các thiết bị trong ô tô (quạt gió, bảng điều khiển), các sản phẩm tiêu dùng… Điều kiện đúc phun: Sấy khô Thường không cần thiết nếu bảo quản cẩn thận Nhiệt độ chảy dẻo 220 - 280˚C; không được vượt quá 280˚C Nhiệt độ khuôn 20 - 80˚C Áp suất đúc Nhỏ hơn 180 MPa Tốc độ phun Từ vừa đến cao f. PVC (Polyvinyl Chloride) Sản phẩm ứng dụng: Ống dẫn nước, thiết bị trong máy công nghiệp, các hộp điện … Điều kiện đúc phun: Sấy khô Không cần thiết vì PVC hút rất ít nước Nhiệt độ chảy dẻo 200 - 280˚C; giá trị thường dùng: 230˚C Nhiệt độ khuôn 25 - 80˚C Áp suất đúc 50 - 100 MPa Tốc độ phun Từ vừa đến cao 3.2. Máy đúc phun ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 15 Máy bao gồm các cơ cấu chính: - Cụm máy đúc: làm nóng chảy chất dẻo và với áp lực cần thiết để ép chất dẻo vào khuôn. - Cụm khuôn và cơ cấu kẹp khuôn: Khuôn gồm hai nửa được kẹp lên bàn kẹp, một nửa cố định còn nửa kia có khả năng di động. Nhiệm vụ cơ cấu truyền động này là tạo lực kẹp khuôn và giữ cho khuôn kín trong suốt quá trình gia công. - Hệ thống thủy lực: gồm bơm được truyền động bằng động cơ, hệ thống van đóng ngắt và van chuyển hướng xi lanh thủy lực, động cơ thủy lực,… 3.2.1. Phân loại máy đúc phun - Theo lực kẹp khuôn: Lực kẹp khuôn của máy đúc phun hiện đang sử dụng nằm trong khoảng từ dưới 20 tấn đến vài nghìn tấn. Các loại nhựa khác nhau đòi hỏi áp suất đúc trong lòng khuôn khác nhau, phạm vi trong khoảng 14÷207 MPa. - Theo trọng lượng sản phẩm một lần phun tối đa: 2, 3, 8, 10,…, 50, 100, 120 ounces (1 ounces = 28,34 g). Trọng lượng sản phẩm (và thể tích) của vật đúc ảnh hưởng tới việc lựa chọn máy đúc phun. Lượng nhựa cho một lần đúc tương ứng với hành trình dịch chuyển của trục vít hay piston trong máy. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 16 - Theo loại dùng piston hay trục vít: Máy đúc phun sử dụng trục vít hoặc piston để đẩy nhựa vào khuôn, loại trục vít được sử dụng chủ yếu. - Theo cấu tạo đặc trưng: Có thể chia làm máy đúc phun 1 tầng (như máy TOYO ở hình trước) và máy đúc phun 2 tầng. Máy đúc phun 1 tầng sử dụng sử dụng một trục vít để làm nóng chảy và đẩy nhựa vào lòng khuôn.Trong máy đúc phun 2 tầng, trục vít cố định chỉ làm nhiệm vụ làm chảy dẻo nhựa đưa tới khoang phun để một piston “bắn”nhựa vào khuôn. 3.2.2. Nhiệm vụ và đặc trưng quan trọng của các cụm kết cấu 3.2.2.1.Cụm máy đúc Nhiệm vụ quan trọng của cụm máy đúc là làm nóng chảy lượng chất dẻo có thể tích nhất định sau đó đẩy lượng chất dẻo này vào khuôn - Vòi phun: Là chi tiết hoặc cụm chi tiết lắp gá ở đầu phía truớc của xy lanh, là cầu nối giữa xylanh và khuôn trong quá trình phun nhựa vào trong lòng khuôn. Đường kính vòi phun thường từ 3 – 6 mm (lớn hơn chiều dày chi tiết đúc) tuy nhiên đối với những sản phẩm lớn có thể sử dụng vòi phun có đường kính lớn hơn. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 17 - Trục vít và xylanh đúc: Xylanh đúc phun thực chất là ống có thành dày mà một đầu có ren để tiếp nhận vòi phun còn đầu kia có khoang định lượng cùng với phễu nguyên liệu. Vật liệu của xylanh có độ cứng lớn. Dọc chiều dài của xylanh có lắp hệ thống nung nóng bằng điện trở nhằm cung cấp nhiệt lượng cho nhựa trong quá trình phun. Vật liệu của trục vít cho máy đúc cũng là thép có độ cứng lớn, có độ chống ăn mòn và có độ bền mài uốn lớn. Trong quá trình quay của trục vít tiếp nhận vật liệu về phía mình và dưới tác dụng của lực đẩy hình thành trong xylanh nó bị kéo về phía sau. Ở đầu trục vít trước vòi phun người ta thường trang bị van hãm dòng chảy ngược của chất nóng chảy ở giai đoạn nén cuối cùng. - Các phần tử nung nóng: Để nung nóng xylanh máy đúc phun, người ta sử dụng phần tử nung nóng bằng điện. Nhiệt độ điện trở được nung nóng truyền vào thành xylanh. Để tiếp xúc giữa điện trở và xylanh được tốt người ta tạo chúng thành từng cụm như vỏ áo, sau đó dùng ốc kẹp chúng lại trên thành xylanh. Điều chỉnh nhiệt độ của xylanh được tốt sẽ đảm bảo ổn định nhiệt độ chất nóng chảy. Nhiệt độ chất nóng chảy ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm, do vậy đảm bảo sự ổn định nhiệt là yếu tố rất quan trọng. 3.2.2.2.Cụm khuôn và cơ cấu kẹp khuôn Khuôn gồm hai nửa được bắt chặt vào cơ cấu kẹp khuôn. Một nửa được gắn vào tấm ép cố định, nửa kia gắn vào tấm ép di động. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 18 Nhiệm vụ của cụm đóng mở khuôn là dịch chuyển khuôn đúc tạo ra áp lực kẹp khuôn. Cơ cấu đóng mở khuôn phải tạo ra một lực kẹp khuôn và giữ khuôn với độ lớn nhất định. Lực kẹp khuôn và giữ khuôn cần phải lớn hơn so với lực làm đẩy khuôn ra. Nếu áp lực trong khuôn lớn hơn áp lực kẹp khuôn hoặc giữ khuôn, thì khuôn bị tách ra, chất dẻo nóng chảy tràn ra khuôn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Không yêu cầu lực kẹp khuôn cực đại theo khả năng vì nó sẽ làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy. Lực mở khuôn thường nhỏ hơn (khoảng 20%) lực kẹp khuôn. Khoảng cách giữa hai tấm ép gọi là khoảng mở kẹp, bằng tổng chiều cao của khuôn cùng với lượng dịch chuyển cần thiết của tấm ép di động để mở khuôn. Bộ phận đẩy (thanh đẩy) được gắn phía sau tấm ép di động dẫn động bằng cơ khí, thủy lực hay khí nén điều khiển một hệ thống cơ khí trong khuôn đẩy chi tiết đúc ra khi khuôn mở. Có 3 kiểu lực kẹp: dùng thủy lực, dùng đòn khuỷu hoặc cơ chất lỏng. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 19 Hình dưới mô tả các chức năng của máy kẹp bằng đòn khuỷu ở hai trạng thái đóng khuôn và mở khuôn. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 20 3.2.2.3.Truyền động và dẫn động trong máy đúc phun Các máy đúc phun được khởi động và truyền động bằng một hay nhiều động cơ điện. Trục vít làm dẻo hoá vật liệu được truyền động bằng động cơ điện hoặc bằng một động cơ thủy lực có điều chỉnh vô cấp thông qua hộp truyền bánh răng. Các trục vít có kích thước lớn thường được truyền động bằng động cơ điện thông qua hộp giảm tốc. 3.2.2.4. Các thiết bị hỗ trợ - Thiết bị nung nóng Trên xylanh đúc của máy dùng để đúc phun chất dẻo người ta hầu như chỉ trang bị mạch nung bằng điện, nhưng đối với chất dẻo cứng thì người ta lại nung nóng bằng dầu. Với phần tử nung nóng là dầu, việc nung nóng xylanh đúc có thể điều chỉnh một cách mềm hơn là nung nóng bằng điện trở và độ dao động cũng bé hơn. - Thiết bị sấy nung sơ bộ Tuỳ thuộc vào chủng loại vật liệu có thể cần thiết sấy khô hoặc nung sơ bộ vật liệu. Đối với gia công chất dẻo nhiệt cứng điều này sẽ làm giảm bớt thời gian nung vật liệu trong khuôn, rút ngắn chu kỳ sản xuất.Việc sấy vật liệu thường được thực hiện trong lò sấy phân đoạn được nung nóng bằng điện trở. Ngoài ra người ta còn có thể sử dụng cụm sấy chân không đặt ngay trên khoang định lượng và cung cấp vật liệu cho máy đúc phun. - Thiết bị đo áp lực Để truyền lượng chất dẻo nóng chảy vào khuôn đòi hỏi phải có một áp lực nhất định. Đồng thời phải giữ trong khoang tạo hình của khuôn cũng như xylanh một áp lực gọi là áp lực cuối cho đến khi sản phẩm đông cứng. Ở phía trước trục vít trong máy đúc phun gây ra áp lực ngoài, còn áp lực trong khoang xylanh cũng như khoang khuôn gọi là áp lực trong. Áp lực kẹp bằng tổng lực của 4 thanh kéo. Lực của mỗi thanh được đo riêng rẽ bằng áp kế điện. Nhờ vậy hiện tượng tải không đều hoặc quá tải làm khuôn không cân bằng hoặc biến dạng khuôn có thể được phát hiện sớm để khắc phục. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 21 Nếu trong quá trình đúc phun các số liệu đo được sử dụng là các số liệu cơ bản cho sự điều chỉnh và chỉ đạo thì các sản phẩm được đúc phun sẽ đồng đều hơn và chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn. - Thiết bị ổn định nhiệt độ khuôn Khi đúc phun người ta phun vào khoang định hình của khuôn chất nóng chảy ở 00 300150 − , do sự tiếp xúc với bề mặt khuôn nên chất nóng chảy sẽ nguội đi, song khuôn lại đuợc nóng lên, do vậy cần làm nguội cho khuôn khi bị nóng quá. Nhiệt độ khuôn ảnh hưởng tới thời gian đúc, nhiệt độ khuôn càng cao thời gian làm nguội chi tiết càng chậm. Quá trình làm nguội ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, trước hết ảnh hưởng đến cấu trúc và sự ổn định kích thước. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 22 Người ta sử dụng thiết bị ổn định nhiệt để đảm bảo cho nhiệt độ khuôn theo quy định. 3.3. Quá trình đúc phun Quá trình đúc phun gồm có 3 giai đoạn chính: - Giai đoạn dẻo hoá và chuyển hoá vật liệu sử dụng cho gia công đúc sang trạng thái nóng chảy. - Giai đoạn điền đầy khuôn và làm nguội sản phẩm - Giai đoạn lấy sản phẩm ra khỏi khuôn. 3.3.1. Giai đoạn dẻo hóa và chuyển hóa vật liệu sang trạng thái nóng chảy Vật liệu ở dạng hạt được đưa vào phễu liệu, từ đó nó được chuyển vào rãnh vít của trục vít nằm trong xylanh. Trục vít quay lùi tạo điều kiện vật liệu được vận chuyển lên phía trước về phía vòi phun, nhựa liên tục được dồn về phía trước trục vít cho đến khi ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 23 đủ cho một lần phun. Trong suốt quá trình đó vật liệu được tiếp nhận nhiệt từ thành xylanh do các nhân tố mang nhiệt cung cấp (hơi nóng, điện trở, điện từ…). Nhờ có nhiệt lượng đó cùng lượng nhiệt ma sát hình thành giữa trục vít vật liệu mà vật liệu bị nóng chảy, nhiệt độ càng cao thì độ nhớt càng giảm. Khi lượng nhựa cho một lần phun đã đủ, trục vít dừng quay. 3.3.2. Giai đoạn điền đầy khuôn và làm nguội sản phẩm Giai đoạn này chia làm 3 giai đoạn nhỏ tương ứng với với các khoảng thời gian t i , t p và t
: t i – thời gian phun: là khoảng thời gian tính từ lúc bắt đầu phun cho đến khi làm đầy lòng khuôn. t p – thời gian nén đặc: Giai đoạn quá trình đúc được điều khiển theo áp suất (áp suất duy trì không đổi) t c – thời gian làm mát: là khoảng thời gian cần thêm để 90% chiều dày chi tiết đạt tới nhiệt độ đông đặc. t h – thời gian giữ: là khoảng thời gian tổng cộng của hai pha nén đặc và làm mát. Đây là thời gian cần giữ chi tiết nhựa trong khuôn sau khi nó được điền đầy. t o – thời gian mở khuôn: là khoảng thời gian khuôn được mở. 3.3.2.1. Giai đoạn điền đầy khuôn Với hai nửa khuôn đã đóng, trục vít không còn quay nữa mà đóng vai trò của một piston chuyển động chuyển dịch dọc trục về phía trước đẩy nhựa vào trong lòng khuôn. Van hãm (van 1 chiều) ở đầu trục vít ngăn cản nhựa chảy theo hướng ngược lại. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 24 Trong giai đoạn điền đầy, nhựa được đẩy vào trong lòng khuôn cho đến khi khuôn được làm đầy. Khi dòng chảy nhựa vào trong lòng khuôn, phần nhựa tiếp xúc với thành khuôn sẽ đông lại nhanh hình thành một lớp vỏ ngoài giữa khuôn và phần nhựa nóng chảy. Ở chỗ tiếp xúc giữa vùng chảy và đông đặc, các phân tử nhựa di chuyển dọc theo hướng dòng chảy. Hình vẽ mô tả hướng của đầu dòng chảy khi vật liệu bị đẩy từ sau về phía trước. Lúc đầu lớp nhựa đông lại rất mỏng vì thế nhiệt mất đi rất nhanh, sau đó càng nhiều nhiệt bị mất đi khi qua lớp nhựa mỏng tạo nên lớp nhựa đông dày hơn. Hướng truyền nhiệt của nhựa được mô tả ở hình tròn bên trái: nhiệt truyền qua lớp nhựa đông tới thành khuôn. Lớp vỏ đông nhận nhiệt từ dòng nhựa lỏng, và truyền nhiệt tới thành khuôn. Khi lớp nhựa đông đã đạt tới độ dày nhất định thì nhiệt thu được từ nhựa (và nhiệt ma sát sinh ra từ dòng chảy) sẽ cân bằng với lượng nhiệt đã mất, trạng thái cân bằng được xác lập. Hiện tượng đó thường xảy ra sớm khi đúc phun, sau khoảng vài phần giây. 3.3.2.2. Giai đoạn nén đặc Giai đoạn nén bắt đầu khi lòng khuôn vừa được điền đầy nhựa. Trong giai đoạn này, áp lực phun duy trì để nén thêm vật liệu vào trong lòng khuôn, với mục đích làm độ co nhiệt đồng đều ở mức thấp, nhờ đó, giảm độ cong vênh của sản phẩm. Khi vật liệu điền đầy khuôn và giai đoạn nén bắt đầu, dòng chảy nhựa được điều khiển bởi sự thay đổi mật độ phân tử nhựa dọc chi tiết. Nếu một vùng nào đó của chi tiết có độ đặc thấp hơn vùng lân cận, nhựa sẽ chảy tới vùng đó cho tới khi có sự cân bằng. Nén đặc quá nhiều sẽ khiến chi tiết có ứng suất cao, gây khó khăn trong quá trình đẩy và lãng phí nhựa. Nén không đủ tạo ra hiện tượng thiếu nhựa trong khuôn, bề mặt thô, vết lõm, đường hàn và các khuyết tật khác. Lượng nén đặc chính xác được xác định bằng phương pháp thử sai hoặc dùng các phần mềm mô phỏng. ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy Trang 25 Hình dưới mô tả sự khác biệt mật độ chất dẻo giữa thời điểm cuối giai đoạn điền đầy (hình trái) và thời điểm cuối giai đoạn nén chặt (hình phải). INCLUDEPICTURE "ms-its:C:\\Program%20Files\\Moldflow\\Plastics%20Insight %205.0\\help\\mpi_dsgn_part.chm::/shared/image/inj_mold_define/flow/fill_and_pack. gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "ms-its:C:\\Program %20Files\\Moldflow\\Plastics%20Insight %205.0\\help\\mpi_dsgn_part.chm::/shared/image/inj_mold_define/flow/fill_and_pack. gif" \* MERGEFORMAT Trong thực tế, do sự giới hạn của áp suất, ta không thể nén đủ nhựa vào khuôn để bù trừ hoàn toàn cho sự co nhiệt. Vì vậy khi thiết kế khuôn, lượng co nhiệt không được bù này phải được tính đến bằng cách làm lòng khuôn lớn hơn so với kích thước chi tiết đúc. 3.3.2.3. Giai đoạn làm nguội Tốc độ và sự đồng đều khi làm nguội ảnh hưởng tới chất lượng đúc và giá thành sản phẩm. Thời gian làm nguội thường chiếm trên 2/3 tổng chu trình sản xuất một chi tiết nhựa dẻo. Giai đoạn làm mát bắt đầu ở cuối quá trình nén chặt. Giai đoạn làm mát là khoảng thời gian từ cuối quá trình nén tới thời điểm khuôn mở ra. Nhựa bắt đầu nguội từ giai đoạn điền đầy, vì vậy giai đoạn này coi là khoảng thời gian cần thêm để làm đông đủ nhựa cho quá trình đẩy. Thực tế không cần thiết toàn bộ 100% chi tiết hoặc hệ thống ____________________________________________________________________ Nguyễn Vũ Quang – CĐT KSTN - K47 TaiLieuDaiHoc.comtải về 48.58 Kb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
|