Thiết kế sản phẩm nhựa

    Thiết kế sản phẩm rất quan trọng đối với quá trình sản xuất, càng khó hơn khi đó là sản phẩm nhựa vì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thiết kế khuôn, qui trình ép nhựa và năng xuất...

    Hầu hết các chi tiết kim loại khi thiết kế ta không phải lo lắng gì về ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ hoặc môi trường trong khi đó nhựa đa dạng và phức tạp hơn, chúng co rút theo thời gian, nhiệt độ…Chính vì vậy thiết kế sao cho đạt yêu cầu là một vấn đề.

Một số yếu tố cần quan tâm khi thiết kế sản phẩm nhựa :

1.Bề dầy thành (Wall thickness).

2.Gân và gân phụ (Ribs, support ribs).

3.Vấu lồi và gân đệm (Bosses & gusset).

4.Lỗ (Holes).

5.Cung và góc (Radii & corners).

6.Góc thoát khuôn

7.Bản lề (Living hinges).

8.Khóa lắp (Snap Fits)

1.Bề dày thành (wall thickness)

     Nhựa khi ép phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ ,áp suất, làm lạnh, … Do đó để 

giảm thiểu sự công vênh, lỏmbề măt, lỗ rỗng , độ co rút gây ra sự chênh lệch của chi 

tiết sau khi ép so với chi tiết thiết kế cần chú ý nhiều đến bề dày chi tiết.

     Để giảm thiểu chi phí và thời gian sản xuất sản khi thiết kế nên tạo cho chi tiết một giá 

trị bề dày hợp lý vừa đảm được độ cứng vững trong suốt quá trình làm việc, tránh tình 

trạng cong vênh, vết lõm, lỗ rỗng, đường hàn…. 

•       Bề dày sản phẩm quá lớn: tăng chi phí, kéo dài chu kỳ gia công, giảm năng suất, khó kiểm soát chất lượng sản phẩm, dễ tạo bọt, co rút, lỏm bề mặt ….

•       Bề dày sản phẩm quá nhỏ:Tăng trở lực chảy. Khó gia công đối với sản phẩm hình dạng phức tạp. Độ bền cơ kém nếu bề dày không đều, không chỉ tạo bọt, lỏm bề mặt, ứng suất nội nhiều  mà còn gây ra co rút không đều.

Cong vênh do bề dày không đều

Vết lõm và rỗng bên trong do bề dày quá lớn

•         Sản phẩm có bề dày thay đổi:  trên cùng một sản phẩm sẽ có tốc độ nguội và độ so rút khác nhau. Trong trường hợp này rất khó đạt được độ chính xác về kích thước thấp và trong nhiều trường hợp là không thể được..

Sản phẩm có bề dày thay đổi đột ngột

    Giải pháp cho vấn đề này là sản phẩm thiết kế phải có độ dày càng đồng đều càng tốt,
thay đổi bề dày một cách từ từ, tránh tình trạng thay đổi bề dầy một cách đột ngột.

Bề dày đều

Bề dày biến đổi dần theo cùng bộ hay một góc nghiêng

2.Gân,gân trợ lực(ribs,support ribs)

      Gân phải được thiết kế cân xứng với bề dầy thành, nếu gân quá lớn so với thành,

 có thể  sẽ xảy ra các tình trạng như vết lõm, rỗng, cong vênh, đường hàn …

•         Bề dày gân không quá 1/2 bề dày sản phẩm. 
•         Chiều cao gân không vượt quá 3 lần bề dày sản phẩm. 

Một số loại gân tăng cường chịu lực:

Gân tăng độ bền

Gân tăng khả năng chống uốn

Gân tăng lực dạng nếp gấp

Gân tăng cứng cho các góc, mặt bên và vấu lồi

3.Vấu lồi và gân đệm(bosses,gusset)

     Vấu lồi thường được dùng để bắt vít hay các chốt để lắp ráp các chi tiết lại với nhau

 Thông số thiết kế vấu lồi và gân tăng bền:

 Thông số thiết kế lỗ bắt vít:

Một số dạng gân tăng bền cho vấu lồi:

Một số thiết kế vấu lồi và gân

(a,b) không tốt - (c, b, e) tốt

4.Lỗ (holes)

Các thông số thiết kế lỗ:

•        Chiều sâu lỗ không vượt quá 3 lần đường kính lỗ, lỗ nhỏ hơn 5mm thì tỷ lệ là 2

•        Bề dầy phần vật liệu dưới cùng lớn hơn 20% đường kính lỗ để loại trừ khuyết tật mặt đối diện

•        Bề dầy thành lỗ luôn đồng đều, không có các gốc sắt để tránh tập trung ứng suất

5.Góc và cung bo (corner,radius)

      Góc hợp bởi các thành chi tiết là giá trị tối đa (1.4 giá trị bề dày) khi đó sẽ kéo dài thời 

gian làm lạnh trong quá trình ép, độ co rút khác nhau trong chi tiết. Khi đó khả năng chịu tải,

cũng như giá trị đàn hồi cũng giảm đi rất nhiều. Chi tiết không bền trong quá trình làm việc.

               

Các dạng khuyết tật

Các dạng khuyết tật :

    •  Vết nứt

    •  Vết khía hình chữ V

    •  Nếp gấp bề mặt

Mô phỏng dòng chảy của nhựa:

Dòng chảy nhựa

Giải pháp:

- Bán kính bo trong nằm trong khoảng 25%- 60% bề dày sản phẩm, tốt nhất là 50%

- Bán kính ngoài nên bằng bán kính trong cộng thêm bề dày sản phẩm.

6.Góc thoát khuôn

     Đối với các sản phẩm có gân, vấu lồi, rãnh sâu…hay các mặt hông của chi tiết, khi thiết 

kế ta cần tạo góc vát theo hướng mở khuôn để bảo đảm sản phẩm thoát khỏi khuôn một 

cách dễ dàng.

Đồ thị góc vát và chiều cao

     Góc vát phụ thuộc vào độ co rút của nhựa và chiều cao vát, thường giá trị nằm trong

khoảng 0.25º- 3º cho mỗi mặt bên. Đối với những sản phẩm từ 5mm trở xuống có thể

không cần tạo góc vát vì ma sát giữa thành khuôn và sản phẩm không lớn.

Sản phẩm bị kẹt lại trong khuôn

Sản phẩm thoát khuôn dễ dàng

7.Bản lề (living hinge)

    Bản lề thành phần dùng kết nối 2 đối tượng, trong đó một đối tượng xoay quanh bản

lề và ăn khớp với đối tượng còn lại. Thông thường bản lề là một chi tiết riêng lẻ, nhưng

đối với nhựa thì bộ phận lắp ráp đó chỉ là một.

Bản lề

Vài điểm chú ý khi thiết kế bản lề:

   • Bản lề nên dùng vật liệu Polypropylene (PP).

   • Tránh góc nhọn trong thiết kế bản lề.

   • Bề dày bản lề tốt nhất từ 0.25-0.5 mm.

Bản lề mở và đóng

 • Khi thiết kế những chi tiết có sử dụng bản lề cần lưu ý vị trí cổng vào nhựa. Dòng chảy

nhựa phải điền đầy đều qua bản lề. Tránh những trường hợp xuất hiện những đường hàn

tại bản lề do bố trí cổng bơm không hợp lý.

• Tạo đường làm mát riêng biệt tại vị trí bản lề.

• Sau khi ép sản phẩm, cần uốn cong bản lề ngay lập tức. 

Vết lõm phía dưới bản lề do bố trí cổng bơm chưa hợp lý

8.Khóa lắp (snap fits)

    Snap Fits là kiểu lắp ghép được ưa chuộng nhất trong các mối lắp của các thiết bị nhựa.

Đây là quá trình lắp ghép đối tượng này vào đối tượng khác dưới một lực tác dụng vừa đủ. 

Mối lắp hoàn tất dựa vào độ đàn hồi của nhựa, thông thường Snap Fits được thiết kế với 

một đối tượng cứng và đối tượng còn lại thì có tính đàn hồi và mềm dẻo hơn.

Snap fit

Có 3 loại Snap Fits thường gặp:

   •  Dầm côngxon  (cabtilever)

   •  Trụ côngxon (cilinderycal)

   •  Cầu côngxon (spherical)

   Trong cả 3 loại đều sử dụng lực F để ép các đối tượng vào nhau, lực F trên phải vừa đủ 

để vượt qua lực cản tạo ra bởi độ dôi Y.

Khóa dầm kiểu khóa móc 

- Khóa móc luôn có 2 góc nghiêng: Release angle b và Engagement angle a.

- Angle b luôn được thiết kế lớn hơn Angle a, tạo sự khó khăn khi thoát.

- Nếu Angle b=90 độ thì được gọi là kết nối vĩnh cửu (Permanent Joint)

- Góc bo R dưới móc tạo độ nhún nhảy, đàn hồi khi lắp ghép.

                         

Khóa trụ

- Khóa hình trụ gồm 2 phần: khóa âm và khóa dương.

- Khóa âm có phần cắt trong (Undercut), phần này sẽ ăn khớp với rãnh trên khóa dương.

- Trong mối lắp này, yêu cầu lực ép lớn hơn so với mối ghép cantilever.

- Phần âm hoạt động tốt khi được cấu tạo bởi vật liệu dẻo.

- Khóa hoạt động tốt khi góc ăn khớp khoảng 20º-30º độ, góc tháo từ 40º-50º. Nếu góc 

nghiêng lớn hơn sẽ được xếp vào loại khóa vĩnh cửu.

   Khóa xoắn

- Phần móc kết dính trên trục có bán kính r, sẽ ăn khớp với một phần móc cố định, cứng 

vững khác thông qua một lực ép.

- Lực này sinh ra moment xoắn trên trục, moment xoắn này đưa 2 thành phần vào khớp.

 Lưu ý:

Nếu giá trị chiều dài a quá ngắn, khi đó góc xoắn x sẽ rất lớn gây nguy hiểm cho trục.

         Một số sản phẩm Snap fit

Nguồn: Sưu tầm và biên soạn
        Email: dangbaospkt@gmail.com
        Phone: 01686196318