Cơ Bản về Thiết Kế Nhựa
Cơ Bản về Thiết Kế Nhựa
Từ một người không biết gì về quy trình ép nhựa đã dần dần học hỏi, trau dồi kiến thức qua công việc tại nhà máy lắp ráp điện tử, tự mình đi đến các xưởng để xem cách làm khuôn, tìm hiểu cách vận hành máy ép nhựa. Nhờ đó, từ việc "xem cho vui" mình đã chuyển sang "nhìn ra vấn đề" .
Thông thường, các kỹ sư thiết kế cơ khí (Mechanical Engineer) khi hoàn thành bản vẽ 3D CAD đều phải thảo luận tính khả thi trong sản xuất của thiết kế khuôn với nhà sản xuất khuôn (Tool Maker). Bởi nhiều kỹ sư thiết kế, đặc biệt là các kỹ sư nước ngoài, thường không hiểu lý do tại sao việc thiết kế và sản xuất khuôn lại có những hạn chế. Một số kỹ sư trẻ còn nghĩ rằng chỉ cần có bản vẽ 3D là nhà máy có thể sản xuất được khuôn và quy trình sản xuất sẽ không có vấn đề gì – quả thật rất thiếu kinh nghiệm!
Thật ra lúc đầu mình cũng không hiểu cho lắm. Mặc dù học về cơ khí, nhưng kiến thức về nhựa ép của mình hoàn toàn không có. Những thuật ngữ như undercut (góc khuất/góc chết), draft angle (góc thoát khuôn), parting line (đường chia khuôn), welding line (đường hàn), slider (bộ trượt)... đều như tiếng lạ với anh.
Mình có đủ tự tin để hỏi những vấn đề không hiểu trong quá trình thảo luận với nhà sản xuất và thường xuyên đi cùng người nước ngoài đến nhà máy khuôn. Qua thời gian, anh dần hiểu các quy trình, kỹ thuật và giới hạn trong thiết kế khuôn nhựa và ép nhựa. Thực tế, nhiều nhà sản xuất tại Đài Loan rất sẵn sàng chia sẻ kiến thức với những ai muốn học hỏi. Họ thậm chí sẽ đưa bạn đến khuôn mẫu và máy ép nhựa để giải thích mọi chi tiết..
Thực ra, thiết kế một chi tiết nhựa tốt không phải quá khó nếu nắm được các đặc tính vật lý của nhựa, giống như nghệ thuật thái thịt mà phải hiểu rõ từng đường vân, từng thớ thịt của con bò. Điều này sẽ giúp tránh được các lỗi trong quá trình sản xuất hoặc hư hỏng chức năng sau khi sản xuất hàng loạt. Khi đó có thể sẽ phải sửa chữa lớn hoặc làm lại khuôn mới để giải quyết vấn đề.
Thông thường, thiết kế khuôn cần phải xem xét không chỉ chức năng mà còn các yếu tố sau:
- Độ dày thịt của nhựa (Wall Thickness):
Đối với nhựa không thêm chất tạo độ cứng, độ dày tường thường nằm trong khoảng từ 0.5mm đến 5.0mm, còn đối với nhựa thêm chất tạo độ cứng (reinforce resin), độ dày khoảng từ 0.7mm đến 3.0mm. Nếu nhựa quá dày, có thể xảy ra vấn đề lõm hoặc co rút , còn nếu quá mỏng, sẽ dễ gặp tình trạng thiếu liệu và thiếu đầy đủ trong quá trình đổ nhựa. Độ dày thịt của nhựa cũng cần giữ độ đồng nhất càng tốt.
- Vị trí đường chia khuôn (Parting Line):
Đường chia khuôn là vị trí các khuôn khác nhau được ghép lại với nhau, thường là khuôn trên và khuôn dưới. Sau khi ép nhựa, ở các điểm ghép khuôn sẽ xuất hiện một đường viền nhỏ (flash) do sự rò rỉ nhựa lỏng qua khe hở của khuôn. Đường viền này có thể ảnh hưởng đến thẩm mỹ và đôi khi cả chức năng của sản phẩm, do đó nên đặt nó ở vị trí không ảnh hưởng đến chức năng và không gây mất thẩm mỹ, thường là ở mặt trong của chi tiết nhựa.
- Không được có góc chết (Undercut):
Khuôn nhựa ít nhất phải có hai phần khuôn trên và khuôn dưới. Sau khi sản phẩm nhựa hình thành, hai phần khuôn phải tách ra. Nếu có undercut, nhựa sẽ bị mắc kẹt, làm sản phẩm không thể thoát khuôn. Do đó, ở hướng thoát khuôn, không nên có bất kỳ cấu trúc nào gây cản trở.
- Góc thoát khuôn (Draft Angle):
Sau khi sản phẩm nhựa đã định hình, cần có góc thoát khuôn để giúp sản phẩm dễ dàng thoát khỏi khuôn. Phần kết cấu nhựa chìm sâu vào khuôn cần có một góc thoát nhất định để nhựa rắn dễ thoát ra, thường áp dụng ở các phần có lỗ hoặc trụ (boss).
- Đặc tính cơ học (Mechanical Property):
Là một kỹ sư cơ khí, bạn phải hiểu đặc tính cơ học của loại nhựa mà bạn sử dụng thay vì chỉ dựa vào kinh nghiệm. Cần biết cách tính toán ứng suất và bổ sung hệ số an toàn để tránh các vấn đề xảy ra sau một thời gian sử dụng.
Tổng Hợp Đặc Tính Của Nhựa - Đặc Tính Vật Lý, Cơ Học
Izod Impact Strength (Độ Bền Va Đập): Đây là chỉ số đo khả năng của vật liệu nhựa trong việc chịu đựng va đập hoặc lực tác động mạnh mà không bị gãy hay biến dạng. Độ bền va đập thường được đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn và là một chỉ số quan trọng trong việc đánh giá tính bền bỉ của nhựa trong các ứng dụng cần độ an toàn cao.
Tensile Strength (Độ Bền Kéo): Độ bền kéo thể hiện khả năng chịu lực kéo của nhựa trước khi bị đứt. Chỉ số này cho biết độ dẻo dai và tính chịu lực của vật liệu, từ đó giúp xác định xem nhựa có phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền kéo cao hay không.
Flexural Strength (Độ Bền Uốn): Độ bền uốn cho thấy khả năng chịu được lực uốn hoặc cong mà không bị gãy. Đây là một chỉ số quan trọng khi nhựa được sử dụng trong các ứng dụng có nguy cơ bị uốn cong hoặc áp lực tải trọng thay đổi liên tục.
