• Tấm hoặc màng được tạo từ công nghệ đùn được gia nhiệt trên nhiệt độ
mềm Tg, sau đó được biến dạng bởi lực tạo hình ( áp suất chân không, áp
suất không khí hoặc lực cơ học) ép nó vào kh ô uôn và và được làm nguội. Cuối
cùng sản phẩm sẽ có hình dạng của bề mặt khuôn.
Các đặc tính:
• Biến dạng trong nhiệt định hình được thực hiện trong khi vật liệu ở trạng
thái mềm (không nóng chảy). Đó chính là điểm võng xuống
5
•Quá trình chủ yếu là biến dạng dài bề mặt tự do, nó tương tự quá trình thổi
và thổi màng.
30 trang |
Chia sẻ: hoang10 | Lượt xem: 582 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Cơ khí chế tạo máy - Chương 4: Các phương pháp gia công, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 1
NHIỆT ĐỊNH HÌNH
(THERMOFORMING)
1
1 NGUYÊN LÝ.
2
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 2
GIA
NHIỆT
VẬT LIỆU
TRƯỚC KHI
ĐỊNH DẠNG
KẸP
1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
ĐƯỜNG HÚT
CHÂN KHÔNG
HÌNH
DẠNG SẢN
PHẨM
3
ĐỊNH DẠNG CHÂN KHÔNG
• Nhiệt định hình là một
phương pháp chế biến
h lâ đời à hổ biế
1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
n ựa u v p n
nhất.
4
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 3
1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
• Tấm hoặc màng được tạo từ công nghệ đùn được gia nhiệt trên nhiệt độ
mềm Tg, sau đó được biến dạng bởi lực tạo hình ( áp suất chân không, áp
ất khô khí h ặ l h ) é ó à kh ô à à đ là ội C ốisu ng o c ực cơ ọc p n v o u n v v ược m ngu . u
cùng sản phẩm sẽ có hình dạng của bề mặt khuôn.
Các đặc tính:
• Biến dạng trong nhiệt định hình được thực hiện trong khi vật liệu ở trạng
thái mềm (không nóng chảy). Đó chính là điểm võng xuống
5
•Quá trình chủ yếu là biến dạng dài bề mặt tự do, nó tương tự quá trình thổi
và thổi màng.
•Ưu điểm
-Giá thành máy thấp
-Nhiệt độ yêu cầu thấp
-Áp suất yêu cầu thấp
ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM
-Tạo chi tiết lớn dễ dàng
-Chu kỳ khuôn nhanh
-Vật liệu khuôn không yêu cầu cao
•Nhược điểm
-Polymer bị gia nhiệt hai lần
-Giá vật liệu cao
6
-Phế liệu cao
-Độ phức tạp của hình dáng sản phẩm bị hạn chế
-Sản phẩm chỉ được tạo hình bởi một phía nhờ khuôn
-Chiều dầy sản phẩm không đồng đều
-Có nội ứng suất
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 4
2 SẢN PHẨM.
7
2.CÁC SẢN PHẨM NHIỆT ĐỊNH HÌNH
8
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 5
2.CÁC SẢN PHẨM NHIỆT ĐỊNH HÌNH
9
2.CÁC SẢN PHẨM NHIỆT ĐỊNH HÌNH
10
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 6
2.CÁC SẢN PHẨM NHIỆT ĐỊNH HÌNH
11
2.CÁC SẢN PHẨM NHIỆT ĐỊNH HÌNH
12
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 7
2.CÁC SẢN PHẨM NHIỆT ĐỊNH HÌNH
13
2.CÁC SẢN PHẨM NHIỆT ĐỊNH HÌNH
14
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 8
3 PHÂN LOẠI.
15
• Chân không
• Áp suất
• Hỗ trợ nhờ chày
3.PHÂN LOẠI
• Kéo ngược
• Tự do
• Chày (Drape)
• Cối (Snap-back)
ố
16
• Chày và c i (Matched die)
• Cơ
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 9
4 ĐỊNH DẠNG.
BẰNG CHÂN
KHÔNG
17
* Đây là dạng đơn giản nhất,
dùng áp suất chân không để
kéo tấm vào lòng khuôn.
• Quá trình bắt đầu khi tấm
ề
4.ĐỊNH DẠNG NHIỆT NHỜ CHÂN KHÔNG
được gia nhiệt m m.
• Sau đó áp suất chân không
thông qua các lỗ nhỏ ở bên
trong khuôn sẽ đẩy tấm vào
sát khuôn nơi mà nó được làm
nguội và có được hình dạng
mong muốn ( hình dạng của
lòng khuôn).
18
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 10
BƯỚC 1
19
Tấm chất dẻo được gia nhiệt đến nhiệt độ mềm
BƯỚC 2
20
Tấm được đặt lên trên lòng khuôn
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 11
BƯỚC 3
21
Chân không sẽ kéo tấm vào trong lòng khuôn
BƯỚC 4
Chất dẻo sẽ được làm
nguội khi nó tiếp xúc
với mặt khuôn có nhiệt
độ nguội và sản phẩm
sẽ được lấy đi
22
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 12
– Dùng khi chiều sâu cần thiết của sản phẩm lớn.
– Kích thước của bóng bóng được giám sát bởi con mắt điện tử. Khi
bóng thổi tới kích thước yêu cầu thì áp suất ngừng cung cấp vép vật
liệu vào khuôn.
Chà ẽ hỗ để hì h dá ủ ả hẩ
4.ĐỊNH DẠNG NHIỆT NHỜ KÉO NGƯỢC
– y s trợ tạo ra n ng c a s n p m.
– Ưu điểm là chiều dầy đồng đều hơn. Nhược điểm là chu kỳ lớn
– Áp suất chân không sẽ kéo vật liệu trước khi hình thành sản phẩm
để sản phẩm có chiều dầy đồng đều hơn
23
• Nó là dạng khác của phương pháp
ê ó kế h điể ủ h
ĐỊNH DẠNG NHIỆT NHỜ BỀ NGOÀI CỦA KHUÔN
NHƯNG NGƯỢC (Snap-back Forming)
tr n n t ợp ưu m c a p ương
pháp kéo ngược và định dạng nhiệt
nhờ bề mặt ngoài của khuôn.
• Tấm được gia nhiệt đến nhiệt độ
mềm và kéo nhanh về phía khuôn.
• Thường dùng cho chi tiết có hình
dạng phức tạp. Chu kỳ tương đối
ề ầ ẩ ồ
24
dài nhưng chi u d y sản ph m đ ng
đều tốt.
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 13
• Chày sẽ hỗ trợ quá trình hình
thành để cải thiện quá trình
định dạng nhiệt nhờ chân
không. Việc sử dụng chày ép
ấ ề
4.ĐỊNH DẠNG NHIỆT NHỜ CHÂN KHÔNG CÙNG VỚI
SỰ HỖ TRỢ CỦA CHÀY
vào t m ở nhiệt độ m m vào
khuôn trước khi có tác dụng
của chân không
• Đôi khi người ta có thể sử
dụng với áp suất dư thay vì
dùng áp suất chân không
25
•Phương pháp này là dạng khác của phương pháp hỗ trợ của chày.
• Tấm sẽ được gia nhiệtđến nhiệt độ mềm và thổi nó xa khuôn (kéo vật liệu mỏng ở tâm
của tấm vùng có chiều dầy lớn nhất trong quá trình dùng định dạng nhiệt nhờ chân
không) trước khi dùng chày hỗ trợ.
4.ĐỊNH DẠNG NHIỆT NHỜ KÉO NGƯỢC
26
Bước kéo ngược (tạo bóng) Bước dùng chày hỗ trợ và tạo
hình sản phẩm
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 14
• Hai lớp được định dạng đồng thời
• Có thể tạo nhiều mầu và trang trí
ĐỊNH DẠNG NHIỆT HAI LỚP
27
5 ĐỊNH DẠNG.
BẰNG ÁP SUẤT
28
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 15
– Áp suất dư thường (14.5 to 300 psi).
– Ưu điểm là chu kỳ khuôn nhanh hơn so với phương pháp trên, tấm được tạo thành
với nhiệt độ thấp hơn do áp suất ép cao hơn, kích thước sản phẩm có độ chính xác
hơn và sản phẩm có hình dáng sắc nét hơn. Áp suất được tác dụng nhanh để ngăn
ngừa bị nguội
5.ĐỊNH DẠNG NHIỆT NHỜ ÁP SUẤT
29
Áp suất không khí sẽ ép tấm vào lòng khuôn
6 ĐỊNH DẠNG.
TỰ DO
30
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 16
– Việc định dạng sản phẩm không cần khuôn.
– Sản phẩm được phồng lên nhờ áp suất và sau đó
được làm nguội. Vòng kẹp thiết kế có thể điều khiển
hình dáng bán cầu
6.ĐỊNH DẠNG NHIỆT TỰ DO
– Ví dụ làm sản phẩm dạng vòm của xe đua.
– Ưu điểm là có độ trong suốt quang học cao.
– Các sản phẩm được thổi
– Không tiếp xúc với bề mặt khuôn, việc chạm sản
hẩ à bề ặt kh ô ẽ là h hất l bề
31
p m v o m u n s m c o c ượng
mặt của sản phẩm bị thay đổi
– Độ phức tạp của sản phẩm bị giới hạn
6.ĐỊNH DẠNG NHIỆT TỰ DO
32
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 17
7.ĐỊNH DẠNG
NHỜ LÒNG VÀ CHÀY
33
- Hai khuôn được dùng để hình thành sản phẩm mà không sử dụng áp suất
– Dùng khi sản phẩm không có kéo lớn.
– Ưu điểm là chất lượng kích thước bề mặt trong và ngoài tốt
7.ĐỊNH DẠNG NHIỆT NHỜ LÒNG VÀ CHÀY KHUÔN
(Matched Die Forming)
34
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 18
8.KHUÔN
35
ỗ
KHUÔN
Khuôn sợi thủy tinh
Khuôn g
36
Khuôn kim loại
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 19
KHUÔN
37
• Khuôn cái (Female mold)- khuôn đực ( Male mold)
KHUÔN
38
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 20
KHUÔN
39
9.THIẾT KẾ SẢN PHẨM
40
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 21
• Tỉ số kéo
– Cần phải chọn hợp lý để chiều sâu không thừa quá mức.
– Là thống số quan trọng dùng để xác định khối lượng sao cho sự thay đổi chiều
dầy của sản phẩm không xảy ra. Tỉ số kéo cao sẽ gây ra sự thay đổi chiều dầy
quá nhiều, hoặc quá mỏng có thể xảy ra.
9. THIẾT KẾ SẢN PHẨM
– Tỉ số kéo = Chiều sâu của sản phẩm / chiều rộng của sản phẩm.
– Tỉ số kéo cần phải nhỏ hơn
• 2:1 đối với khuôn cái
• 7:1 đối với khuôn đực
•Tỷ số diện tích
Tỉ số diện tích gần bằng khối lượng của sản phẩm.
41
– Tỉ số diện tích = Diện tích của tấm trước khi định dạng / diện tích của sản
phẩm sau khi tạo hình
– Ví dụ diện tích của tấm là 30 in2 và sản phẩm có diện tích là 60 in2, thì tỷ số
là 1:2 và chiều dầy của sản phẩm sẹ là 50% chiều dầy của tấm.
• Hình dáng và thiết kế sản phẩm
– Undercuts
• Các lõi kéo
9. THIẾT KẾ SẢN PHẨM
– Kích thước
• Chiều sâu, và diện tích bề mặt
42
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 22
10.THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
43
– TỐC ĐỘ CỦA ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG
• Càng nhanh càng tốt
– Nhiệt độ của kuôn
10. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
• Thông thường là nhiệt độ phòng. Nếu nhiệt độ tăng thì thời gian chu kỳ và độ
co rút sẽ tăng
– Kích thước của bóng khi dùng phương pháp kéo ngược
Kích thước của bóng không vướt quá 50% to 75% kích thước ngắn của tấm kẹp
– Plug size
• Chầy bằng70% đến 85% lòng khuôn và hính dáng của chày phải đối xứng với
44
lòng khuôn
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 23
45
11.THIẾT BỊ
46
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 24
• Máy
11. THIẾT BỊ
47
11. THIẾT BỊ
48
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 25
11. THIẾT BỊ
49
11. THIẾT BỊ
50
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 26
11. THIẾT BỊ
51
Máy định dạng nhiệt một
trạm thường bao gồm :
- Phần gia nhiệt phôi tấm
- kẹp tấm
11. THIẾT BỊ
- Khuôn
-Di chuyển tấm và khuôn vào
phần định dạng. Liên quan
với hệ thống chân không và
áp suất, và pittôn thủy lực để
ép vào khuôn,
- Hệ thống vận chuyển,
52
- Lò và quạt làm nguội
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 27
11. THIẾT BỊ
53
11. THIẾT BỊ
54
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 28
• Máy
Máy đóng gói
Máy có khuôn di chuyển qua lại
Shuttle Mold Machine
11. THIẾT BỊ
Máy đóng gói phồng
55
Máy định dạng chân không
• Các điều cần chú ý
– Vật liệu đóng gói
ấ
11. THIẾT BỊ
• T m
• Cuộn
– Bộ phận đóng gói
• Quá trình thứ hai
• Cắt
– Phế liệu vật liệu
56
• Sử dụng lại/bỏ đi
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 29
12.VẬT LIỆU
57
• Ứng dụng được cho cả nhựa nhiệt dẻo và cả nhựa nhiệt
rắn. Người ta sử dụng chủ yếu nhựa nhiệt dẻo.
12. VẬT LIỆU
• Hầu như tất cả các loại nhựa nhiệt dẻo đều thích hợp với
phương pháp định dạng nhiệt nhờ chân không.
• Phổ biến nhất là Polystyrene (HIPS), vì giá thành tương
đối rẻ, màu sắc đa dạng và rất dễ dàng để tạo hình.
58
chương 4 Các phương pháp gia công 3/31/2010
PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ 30
Vật liệu Tg Theat
distortion@66ps
i
Tmold set Tlower forming
limit
Tnormal
forming
Tupper forming
limit
ABS 88-120°C 77-113°C 82°C 127°C 146°C 182°C
PS 94°C 68-96°C 85°C 127°C 149°C 182°C
12. VẬT LIỆU
HDPE -110°C 79-91°C 77°C 127°C 146°C 182°C
PP 5°C 107-121°C 88°C 132°C 154-163°C 166°C
PC 150°C 138°C 132°C 168°C 191°C 204°C
59
Thuộc tinh của vài loại nhựa dùng cho nhiệt định hình (theo Throne 1996, trang. 69)
PMMA 100°C 74-113°C 85°C 149°C 177°C 193°C
Vật liệu
Tính dẫn
nhiệt
(cal/s cm °C) x 104
Khả năng
chịu nhiệt
(cal/g °C)
Khả năng
tỏa nhiệt
(cm2/s) x 10-4
Giãn nở nhiệt
Coef. (°C-1) x 10-6
12. VẬT LIỆU
ABS 2-3 0.4 4.8-7.1 70
PS 4.3 0.54 7.66 60-130
LDPE 7.57-9.6 0.88-1.05 7.85-11.9 250
HDPE 9.0-12.1 0.88-1.15 8.1-14.3 200
60
Thuộc tinh của vài loại nhựa dùng cho nhiệt định hình (theo Throne 1996, trang. 85-
86)