Đồ án Thiết kế sản phẩm nhựa và khuôn ứng dụng phần mềm Solidwoks

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA : CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA VÀ KHUÔN ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SOLIDWOKS Giảng viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Tuấn Hùng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Chương Trần Diễm Lớp : ĐHCK3ALT Khóa : 2007-2009 TP.HỒ CHÍ MINH,Tháng 5 năm 2009 LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây,chúng ta đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của phần mềm cơ khí trong việc ứng dụng thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa.Một số phần mềm nổi tiếng như pro/engineer wifi 4.0, Catia VR15.7, Unigrafic NX6,Inventer 8,Solidworks 2009…Trong các phần mềm nổi tiếng kể ở trên chúng em chọn phần mềm Solidworks 2009 ( phần mềm khá nổi tiếng của hãng Dassault systemn) để thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa vì Phần mềm này có ưu điểm là giao diện đẹp, thân thiện, khả năng thiết kế nhanh hơn các phần mềm khác rất nhiều nhờ vào sự xắp xếp và bố trí các toolbar một cách có hệ thống và hợp lý.Thiết kế cơ khí, tạo khuôn, thiết kế kim loại tấm… nói chung, về các chức năng này thì Solidworks tỏ ra có không thua kém Catia, unigraphics thậm chí còn hay hơn và tốt hơn, bởi lẽ nó chỉ chuyên về những lĩnh vực đó, cùng với người anh em Catia của mình, Solidworks trở thành một trong những phần mềm nổi tiếng thế giới của hãng Dassault systemn.Đề tài của chúng em là một đề tài có tính ứng dụng thực tiển cao vì thế chúng em đã chọn nguyên cứu để đi sâu vào lĩnh vực này.Mục tiêu của đề tài không những phục vụ cho tham khảo cho các bạn sinh viên sau này mà còn có thể úng dụng thực tế để gia công một số sản phẩm của ngành khuôn mẫu.Do sự phát triển về ngành khuôn mẫu nước ta còn chưa cao cộng với thực tiễn chúng em chưa được va chạm nhiều nhưng chúng em đã hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp của mình. LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian tìm hiểu với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của Thầy Nguyễn Tuấn Hùng, chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp được giao.Với kiến thức được trang bị và quá trình tìm hiểu các tài liệu có liên quan và cả trong thực tế. Tuy nhiên sẽ không tránh khỏi những sai sót ngoài ý muốn do thiếu kinh nghiệm thực tế trong thiết kế. Do vậy, chúng em rất mong đựơc sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy trường ĐHCN TP.HCM và sự đóng góp ý kiến của bạn bè để hoàn thiện hơn vốn kiến thức của mình. Cuối cùng , chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tuấn Hùng đã tận tình hướng dẫn chúng em trong quá trình thiết kế và hoàn thiện đồ án tốt nghiệp này. NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... .................................................................................................................................... NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ MỤC LỤC Trang Chưong 1 GIỚI THIỆU CÁC BỘ PHẬN MÁY VÀ CHỨC NĂNG..............1 1.1 MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .........................................................1 1.2 CÔNG NGHỆ ÉP PHUN CÓ THẾ LÀM ĐƯỢC CÁC SẢN PHẨM PHỨC TẠP ..........................................................................................................1 1.3 CÔNG NGHỆ ÉP PHUN TẠO RA SẢN PHẨM CÓ CHẤT LƯỢNG CAO......................................................................................................................1 1.4 QUY TRÌNH SẢN XUẤT VỚI SỐ LƯỢNG LỚN....................................1 1.5 KẸP KHUÔN VÀ CHỨC NĂNG CỦA CHÚNG .....................................1 1.6 HỆ THỐNG NGÀM KẸP THUỶ LỰC......................................................2 1.7 HỆ THỐNG NGÀM KẸP KHUỶU ............................................................2 Chương 2 THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA......................................................3 2.1 THIẾT KẾ BỀ DÀY THÀNH CHÍNH.......................................................3 2.1.1 Bề dày chính càng mỏng càng tốt nhưng phải đủ dày............................3 2.1.2 Bề dày thành đồng nhất.............................................................................3 2.1.3 Tránh các vùng dày....................................................................................3 2.1.4 Các lỗi khi sản phẩm có bề dày không đồng nhất...................................3 2.2 THIẾT KẾ GÓC THOÁT KHUÔN............................................................6 2.3 THIẾT KẾ GÂN ...........................................................................................7 2.4 THIẾT KẾ NÚM LỒI ..................................................................................8 2.5 THIẾT KẾ BÁN KÍNH CÔNG CHO SẢN PHẨM................................ 10 Chương 3 VẬT LIỆU NHỰA ÉP PHUN....................................................... 12 3.1 GIỚI THIỆU............................................................................................... 12 3.1.1 Polymer .................................................................................................... 12 3.1.2 Mắc xích cơ sở ......................................................................................... 12 3.1.3 Độ trùng hợp............................................................................................ 12 3.1.4 Tên gọi ...................................................................................................... 12 3.1.5 Phân loại................................................................................................... 13 3.2 ĐẶC TÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI NHỰA THÔNG DỤNG ................. 13 3.2.1 Polyetylen(PE) ......................................................................................... 13 3.2.2 Polypropylen(PP) ................................................................................... 15 3.2.3 Polystyrene (PS) ...................................................................................... 15 3.2.4 Polyvinyl chorire(PVC) .......................................................................... 16 3.2.5 Polymethylmethacrylate(PMMA) ......................................................... 16 3.2.6 Styrene-acrylonit-copol(SAN)................................................................ 16 3.2.7 Polyoxymethylene(POM)........................................................................ 16 3.2.8 Polyamide(PA)......................................................................................... 17 Chương 4 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SOLIDWORKS .............................. 27 Chưong 5 CÁC KIỂU KHUÔN NHỰA CƠ BẢN ........................................ 31 5.1 CÁC KIỂU KHUÔN CƠ BẢN ................................................................ 31 5.2 CÁC CHI TIẾT KHUÔN CƠ BẢN ......................................................... 34 Chương 6 THIẾT KẾ SẢN PHẨM: NẮP ỐNG CỨNG .............................. 38 Chương 7 THIẾT KẾ KHUÔN CHO SẢN PHẨM NẮP ỐNG CỨNG ..... 41 7.1 XÁC ĐỊNH KIỂU KHUÔN ...................................................................... 41 7.2 TẠO MẶT PHÂN KHUÔN,TÁCH THÀNH PHẦN ÂM - D ƯƠNG . 43 7.3 XÁC ĐỊNH SỐ LÒNG KHUÔN ............................................................. 45 7.4 BỐ TRÍ LÒNG KHUÔN........................................................................... 48 7.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN NHỰA..................................................... 49 7.5.1 Thiết kế cuống phun................................................................................ 49 7.5.2 Thiết kế hệ thống rãnh dẫn .................................................................... 49 7.5.3 Thiết kế miệng phun ............................................................................... 50 7.5.4 Vòng định vị bạc keo............................................................................... 51 7.6 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIẬT ĐUÔI KEO........................................... 52 7.6.1 Quy trình mở khuôn như sau................................................................. 55 7.6.2 Những điều cần lưu ý.............................................................................. 57 7.7 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÓI ................................................................... 58 7.8 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI................................................... 61 Chương 8 PHỤ LỤC 1..................................................................................... 64 8.1 PHỤ LỤC 2................................................................................................. 65 8.2 PHỤ LUC 3 ................................................................................................ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 70 1.Công nghệ ép phun (Trung tâm kỹ thuật chất dẻo TPHCM) 2.Misumi: Standard Component For Plastic Mold 3.Plastic Injection Mould Design and Making (Carlos A. Reyes) 4.Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa (PTS Vũ Hoài Ân) PHẦN MỀM HỖ TRỢ............................................................................ 70 1.SolidWorks 2007 2.MasterCam 9.1 3.AutoCad 2007 Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 1 __________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ SVTH: Nguyễn Ngọc Chương GVHD: Th.s Nguyễn Tuấn Hùng Trần Diễm CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÁC BỘ PHẬN MÁY VÀ CHỨC NĂNG Phần đầu tiên của chương giới thiệu này cung cấp một cách tổng thể kiến thức về các đặc tính quy trình ép phun.nó giúp ta hiểu được làm thế nào để tạo ra một sản phẩm có chất lượng cũng như tăng năng suất trong quá trình sản xuất. 1.1. MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Kỹ thuật ép phun được mô tả như là một quá trình chuyển đổi nhiệt của vật liệu nhựa: 1- chảy;2-bơm vào trong khuôn,3-làm nguội;4-sau khi sản phẩm cứng,khuôn mở ra và lói sản phẩm để lấy sản phẩm.khuôn sẽ đóng lại và bắt đầu một chu trình mới. Sự lặp đi lặp lại của một chuổi các sản phẩm gọi là chu trình làm khuôn.mỗi khuôn và mỗi loại vật liệu gia công trong đó sẽ có một thời gian cho chu trình tối ưu. điều này bắt buộc người điều khiển máy phải điều chỉnh thời gian của một chu kỳ máy tối ưu để đạt được sản phẩm có chất lượng cao. 1.2. CÔNG NGHỆ ÉP PHUN CÓ THẾ LÀM ĐƯỢC CÁC SẢN PHẨM PHỨC TẠP Khuôn được xem là trái tim của quy trình công nghệ, được làm từ thép cứng và thường được chứa một hoặc nhiều cốc khuôn,có hình dạng của sản phẩm.khuôn có hình dạng không giới hạn,có thể phức tạp hoặc lớn và được điền đầy bằng một lần phun.sản phẩm đi từ công nghệ ép phun có thể thiết kế có nhiều lỗ,gân và mặt cắt giao nhau trên thành. 1.3. CÔNG NGHỆ ÉP PHUN TẠO RA SẢN PHẨM CÓ CHẤT LƯỢNG CAO Vật liệu nhựa có thể làm được các sản phẩm có hình dạng và bề mặt giống như cốc khuôn. điều này nghĩa là làm ra các sản phẩm có hình dạng không tương xứng với khuôn thì không phù hợp.sản phẩm có hình dạng giống với khuôn có nghĩa là vật liệu điền tốt trong khuôn. 1.4. QUY TRÌNH SẢN XUẤT VỚI SỐ LƯỢNG LỚN Quy trình ép phun có thể sản xuất với một số lượng sản phẩm lớn là đo vật liệu nhựa có thể chảy và đông cứng lại trong một thời gian ngắn.với sản phẩm thành mỏng thời gian ép có thể nhỏ hơn 10 giây. Đa số sản phẩm thường từ 20 đến 30 giây.Một điểm thuận lợi khác là quy trình ép phun có thể sản xuất được nhiều sản phẩm chỉ trong một chu kỳ ép. Điều này đạt được khi dùng khuôn có nhiều cốc khuôn.Cứ mỗi lần nhựa bơm vào khuôn thì sản phẩm được hình thành trong một cốc khuôn. 1.5. KẸP KHUÔN VÀ CHỨC NĂNG CỦA CHÚNG Khuôn chuẩn gồm hai nửa,chúng được đóng lại để ép sản phẩm và mở ra để lấy sản phẩm.Khuôn được ép với nhau ở một áp suất lớn để giử cho chất lỏng khi ép vào khuôn không bị chảy ra.Khuôn duy chuyển và giử áp suất bằng một hệ thống kẹp gọi là kẹp Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 2 __________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ SVTH: Nguyễn Ngọc Chương GVHD: Th.s Nguyễn Tuấn Hùng Trần Diễm khuôn.Có hai cơ chế dùng để đóng và kẹp khuôn là hệ thống ngàm kẹp thuỷ lực và hệ thống ngàm kẹp trục khuỷu. 1.6. HỆ THỐNG NGÀM KẸP THUỶ LỰC Hệ thống ngàm kẹp thuỷ lực sử dụng xi lanh thuỷ lực để duy chuyển một trong hai thới khuôn gắn trên thới khuôn di động.Sản phẩm được thiết kế sao cho dính vào phần nửa khuôn di chuyển.Hệ thống lói được gắn trên phần di động dùng để lói sản phẩm.hệ thống lói được điều khiển bằng ống thuỷ lực.Nó sẽ duy chuyển tới trước khi mở khuôn ra. 1.7. HỆ THỐNG NGÀM KẸP KHUỶU Cơ chế làm việc của ngàm kẹp khuỷu là dùng một hệ thống thanh khuỷu là dùng một hệ thống thanh khuỷu.Chúng co lại khi mở khuôn và thẳng ra khi đóng khuôn.Hệ thống ngàm khuỷu cũng dùng thuỷ lực để duy chuyển các bộ phận.Ghi nhớ rằng,làm thế nào mà các thanh khuỷu chính có thề khoá ở vị trí thẳng khi khuôn đóng.Nhờ một thiết kế cơ học đặc biệt mà các thanh khuỷu này tập trung đủ lực để kẹp khuôn. Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 3 __________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ SVTH: Nguyễn Ngọc Chương GVHD: Th.s Nguyễn Tuấn Hùng Trần Diễm CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SẢN PHẨM NHỰA Thiết kế sản phẩm nhựa là công đoạn rất quan trong trong ép phun. Đặc tính của sản phẩm sẽ ảnh hưởng đến thời gian gia công và các khuyết tật của sản phẩm,ví vậy, ảnh hưởng chất lượng sản phẩm. 2.1. THIẾT KẾ BỀ DÀY THÀNH CHÍNH 2.1.1. Bề dày chính càng mỏng càng tốt nhưng phải đủ dày Khi chọn bè dày chinh,mục tiêu của nhà thiết kế là cần phải tối thiểu bề dày đồng thời thoả mãn các yêu cầu về chức năng sản phẩm.Khi tăng bề dày thành,sẽ làm tăng co rút sản phẩm.Co rút nhiều nghĩa là nguy cơ cong vênh lớn.Mặt khác,sản phẩm thành mỏng sẽ làm tăng sản xuất,do ít sử dụng nguyên liệu và thời gian chu kỳ ép.Theo tính toán người ta nhận thấy rằng nguyên liệu sử dụng và thời gian làm nguội chiếm 70% giá thành sản phẩm.Bề dày tối thiểu của sản phẩm được giới hạn bởi quá trình chảy của vật liệu và áp suất điền khuôn, áp suất điền khuôn không được vượt quá 500bar.Khi thiết kế,có thể sử dủng giản đồ sau để xác định bề dầy thành phẩm cho tối ưu. 2.1.2. Bề dày thành đồng nhất: Bề dày là yếu tố chính quyết định đến co rút, bề dày không đồng đều sẽ làm co rút không đều dẫn đến cong vênh . Mục tiêu chính của các nhà thiết kế sản phẩm nhựa ép phun là cần giữ bề dày thành chính đồng nhất trên sản phẩm. Ngoài ra, người ta còn phải sử dụng hệ thống dẫn dòng và hạn chế dòng nhằm mục đích cân bằng dòng trong quá trình điền khuôn. Vì vậy làm cho sản phẩm được nén ép đều và hạn chế cong vênh. 2.1.3. Tránh các vùng dày: Các phần dày thường gây hậu quả là bọt khí, vết lõm, cong vênh, chu kỳ ép kéo dài. Người thiết kế cần hạn chế các vùng dày hoặc tạo các phần rỗng tại các vị trí này. Các phần dày có thể tránh bằng cách thay đổ