Thiết kế khuôn nhựa: :Quy trình thiết kế chế tạo khuôn ép phun [26/09/2019]

Quy trình thiết kế chế tạo khuôn ép phun:

Nhìn chung các phương pháp thiết kế và chế tạo khuôn ép phun
luôn tuân theo một hướng chung nhất định. Đó là đều qua các bước thiết

kế, thử nghiệm, gia công thử sản phẩm, gia công chính thức và sau đó là
giao hàng.

Nhưng theo từng thời kì, từng giai đoạn mà công nghệ khoa học
khác nhau. Càng về sau thì công nghệ càng hiện đại. Sản phẩm càng đạt
được độ chính xác và thẩm mỹ cao hơn. Đồng thời, phế phẩm cũng ít hơn
và mang lại lợi nhuận cao hơn cho các doanh nghiệp.

Thiết kế và chế tạo khuôn ép phun được biết đến với 2 phương pháp:

– Phương pháp cổ điển: CAD – CAM – CNC – GIAO HÀNG.

– Phương pháp hiện đại: CAD – CAE – CAM – CNC – GIAO HÀNG.

1 – Quy trình thiết kế và chế tạo khuôn ép phun truyền thống:

Ở phương pháp này, sau khi thiết kế bằng CAD (thiết kế sản phẩm
rồi thiết kế khuôn), khuôn sẽ được chế tạo thử và được đem đi ép thử.
Nếu khuôn thử đạt yêu cầu thì sẽ đem đi sản xuất sản phẩm hàng loạt.
Nếu khuôn thử không đạt yêu cầu thì sẽ được kiểm tra lại ở bước gia
công khuôn (sửa khuôn); sau đó, ép thử lại khuôn, nếu sản phẩm ép ra
vẫn không đạt yêu cầu thì phải bỏ bộ khuôn đó và thực hiện lại từ đầu
(thiết kế bao gồm thiết kế sản phẩm và thiết kế khuôn).

Quy trình thiết kế khuôn ép phun kiểu truyền thống là quy trình chủ
yếu dựa vào kinh nghiệm đúc kết sẵn có từ quá trình thiết kế từ trước tới
giờ (hoặc là thử và sai) vì thế nên tỉ lệ hư hỏng là khá cao và tốn nhiều
thời gian và chi phí.

2 – Quy trình thiết kế và chế tạo khuôn ép phun hiện đại:

Phương pháp này chính là sự cải tiến của phương pháp cổ điển dựa trên
sự phát triển của công nghệ thông tin. Quy trình này giảm đáng kể những hao
phí và sai sót trong thiết kế và chế tạo, nhờ vào phần mềm hỗ trợ CAE.

Phương pháp hiện đại có đôi chút khác so với phương pháp cổ
điển. Cả hai phương pháp đều là thiết kế trên máy tính, nhưng ở phương
pháp cổ điển sẽ đem đi gia công và ép thử sau khi thiết kế. Ở quy trình
hiện đại, sẽ mô phỏng và kiểm tra bằng CAE trên máy tính. Nếu kết quả
tốt thì sẽ chế tạo khuôn và nếu không tốt thì sẽ kiểm tra và thiết kế lại.
Sau khi chế tạo khuôn xong, quy trình giống như phương pháp cổ điển.

Trong quy trình thiết kế khuôn hiện đại, tỉ lệ hư hỏng được giảm
xuống rất nhiều vì khi chế tạo khuôn, không còn dựa vào kinh nghiệm
mà mọi thông số kỹ thuật đều được tính toán và mô phỏng trước thông
qua phần mềm nên chi phí hao phí là rất thấp.

<>Nhiệm vụ của các bước trong quy trình:

1. CAD:

Thiết kế sản phẩm

Sản phẩm thiết kế có thể là do khách hàng đưa đến hoặc tự thiết kế,
CAD dùng để thực hiện các công việc sau:

– Thiết kế biên dạng, hình dáng hình học của sản phẩm bằng các
mô phỏng 3D.

– Phân tích kỹ thuật của sản phẩm, chi tiết, (điều kiện góc bo, góc
thoát khuôn, bề dày…).

– Xuất bản vẽ kỹ thuật.

Thiết kế bộ khuôn

– Công việc, các số liệu đặt hàng: Thiết kế từng phần, số lượng, vật
liệu sản phẩm.

– Số liệu về máy phun nhựa: Áp lực phun, lực kẹp, dung tích nhựa,
kích thước các tấm gá.

– Loại khuôn.

– Độ co rút: Xác định tính chất vật liệu, độ dày thành.

– Vật liệu khuôn: Loại vật liệu của từng chi tiết, độ cứng.

– Lòng khuôn và phần lồi (khuôn âm – dương): Liền khối hoặc lắp ghép.

– Bố trí các lòng khuôn: Số lòng khuôn, sự bố trí, vị trí.

– Tiết diện của kênh dẫn: Tròn, bán nguyện, hình thang, kênh dẫn
nhựa nóng.

– Hệ thống miệng phun: Màng, vòng, đường phun, chốt tàu ngầm,
định vị miệng phun…

– Hệ thống tháo khuôn: Chốt đẩy, tấm đẩy, vòng đẩy.

– Dẫn hướng và định tấm: Định vị bằng côn, trụ dẫn, chốt vòng
định vị.

– Thiết kế và bố trí hệ thống thoát khí.

– Xuất bản vẽ hoặc file thiết kế.

2. CAE:

CAE (Computer Aided Engineering) là sử dụng phần mềm máy
tính để mô phỏng và thử nghiệm tính công nghệ và đặc tính sản phẩm sau
khi thiết kế. CAE mang lại nhiều lợi ích cho việc gia công và sản xuất
sau này. CAE cho phép người thiết kế và chế tạo khuôn rút ngắn được
thời gian thiết kế cũng như chi phí trong việc sản xuất khuôn.

CAE với những công việc như sau:

– Phân tích dòng chảy của nhựa lỏng (quá trình điền đầy của nhựa
vào lòng khuôn).
– Phân tích quá trình đông đặc và định hình sản phẩm trong lòng
khuôn.
– Tính toán trạng thái điền đầy và tản nhiệt.
– Biết được những khuyết tật của sản phẩm.
Vì thế, ứng dụng phân tích CAE vào quá trình này để tối ưu hóa
việc thiết kế bằng các mô phỏng và tính toán.

Nhiệm vụ của CAE:

– Tìm vị trí cổng phun (Gate Location) hợp lý

Có thể dùng phần mềm như: Moldflow Plastics Insight. Đây là
phần mềm mạnh mẽ và đầy đủ tính năng. Nó cung cấp công cụ tạo và xử
lý lưới mạnh mẽ, lựa chọn và mô phỏng hệ thống dẫn nhựa.

– Xác định kênh dẫn

Phân tích cân bằng kênh dẫn (đi kèm với bước thiết kế hệ thống
kênh dẫn): đánh giá sự ảnh hưởng của hệ thống kên dẫn (dòng chảy) đến
quá trình điền đầy lòng khuôn, từ đó có thể thay đổi kích thước thệ thống
cho hợp lý.

Tính toán phân tích dòng chảy bằng các phần mềm: FLUENT,
FLOW-3D, FloWizard, STRAEM, PHOENICS, Pam-Flow,
DYNAFLOW, ANSYS CFX, NX.

Sau khi tìm vị trí cổng vào nhựa (gate location), kênh dẫn, hệ thống
làm nguội hoàn tất, tiếp tục thiết kế hệ thống thoát khí bằng các phần
mềm CAE.

Nhờ vào phân tích CAE các bước thiết kế trên, có thể giảm tối đa
hao phí khi chế tạo khuôn cũng như xác xuất hư hỏng sẽ được giảm
xuống nhỏ nhất nhờ vào việc phân tích và mô phỏng.

3. CAM:

CAM là công nghệ sản xuất dưới sự hỗ trợ của máy tính. Quá trình
sản xuất chế tạo được quản lý và điều khiển bởi hệ thống máy tính.
CAM làm các nhiệm vụ sau:

– Bước đầu tiên là lập quy trình chế tạo khuôn từ sản phẩm.

Ví dụ về một quy trình công nghệ

– Phân tích các chi phí trong quá trình chế tạo.

– Từ đó, lựa chọn vật liệu làm khuôn, vật liệu sản phẩm cho hợp lý.

– Lựa chọn loại máy, các thông số cần thiết cho việc ép sản phẩm.

– Gia công khuôn theo quy trình công nghệ sau khi đã thực hiện các
bước trên.

– Đánh bóng lòng khuôn, lắp ráp thành bộ khuôn hoàn chỉnh.

4. Ép thử khuôn:

Nhằm đảm bảo khuôn hoạt động tốt và đáp ứng yêu cầu ban đầu
của khách hàng. Sau khi thiết kế và chế tạo khuôn xong, tiến hành ép thử
sản phẩm, nếu đạt thì cả sản phẩm ép thử và khuôn sẽ được giao cho
khách hàng. Quá trình này cần phải làm những công việc sau đây:

– Gá khuôn lên máy ép
Sau khi lắp hoàn chỉnh bộ khuôn, lắp bu lông vòng vào khuôn, sử
dụng pa lăng để cẩu khuôn lên máy ép. Canh cho bạc cuống phun vừa
khít với đầu vòi phun. Cho máy ép ép vào. Sau đó, tháo bu lông vòng ra.
Sử dụng đồ gá gá chặt bộ khuôn trên máy.

– Bắt hệ thống đường nước cho khuôn
Sau khi gá khuôn lên máy, điều khiển máy tách 2 lòng khuôn ra để
dễ dàng trong việc lắp ráp đường nước. Lần lượt lắp bu lông đường nước
vào. Nên quấn băng keo non và bôi keo chống thấm để khi ép nước
không bị rỉ. Sau đó, gắn ống nước vào và siết chặt bằng cổ dê.

– Lắp các bộ phận phụ trợ
Lắp các bộ phận phụ trợ (nếu có) lên khuôn như: Bộ điều khiển
hearter hay bộ gia nhiệt nước, cảm biến,…

– Chuẩn bị vật liệu nhựa
Việc chuẩn bị vật liệu nhựa đã được tính toán trước thông qua
CAM, CAE, yêu cầu của người đặt hàng hay tính chất của sản phẩm,…
Bỏ nhựa vào thùng chứa trên máy, sau đó bật công tắc cho máy sấy
khô hạt nhựa.

– Kiểm tra đường nước
Bật hệ thống đường nước cho nước chảy qua khuôn. Nếu nước rỉ ra
thì cho dừng lại và khắc phục chỗ rỉ nước đến khi nào nước hết rỉ là đạt
yêu cầu.

– Ép thử
Sau khi đã chuẩn bị mọi thứ đạt yêu cầu, bước kế tiếp là ép thử
xem máy ép hoạt động tốt không. Ép 2 lòng khuôn lại với nhau phun
nhựa vào đợi 15s, lấy sản phẩm ra và kiểm tra xem sản phẩm có đạt yêu
cầu không.

– Thiết lập lại các thông số ép
Sau khi ép thử, nếu sản phẩm chưa đạt yêu cầu do thông số ép, tiến
hành thiết lập lại các thông số ép cho phù hợp thông qua quá trình mô
phỏng CAE và CAM đã tính toán. Sau đó, thực hiện ép lại để kiểm tra
sản phẩm dựa vào các yêu cầu của nhà sản xuất và các yêu cầu kỹ thuật
của bản vẽ trong quá trình CAD.

– Thay đổi thông số của các bộ phận phụ trợ để đạt được yêu cầu
của khách hàng.

– Tổng kiểm tra sản phẩm lần cuối cùng, nếu sản phẩm đã đạt yêu
cầu thì giao hàng, nếu không đạt yêu cầu thì thực hiên thiết kế lại sản
phẩm.

5. Giao Hàng

Sau khi sản phẩm ép thử đạt chất lượng như ý muốn:

– Giao sản phẩm.

– Giao khuôn.