Ôn tập công nghệ ép phun

Sau đó được chuyển dưới áp suất phun vào khuôn và được làm nguội trong khuôn cho đến khi nó trở lại trạng thái đông đặc một lần nữa và có hình dạng của lòng khuôn.. - Đối với khuôn 2 tấm

Nội dung ôn tập :

1 Công nghệ gia công khuôn ( đánh bóng khuôn )

2 Công nghệ phun ép

Cụ thể phần công nghệ phun ép cần ôn tập những nội dung sau:

 Tính năng, khả năng công nghệ của phun ép Sơ đồ công nghệ ép phun

 Cấu trúc của một bô khuôn: gồm các cụm nào? chức năng + hình vẽ

 Phân loại khuôn, đặc điểm của từng loại

 Hệ thống kênh dẫn nhựa: đặc điểm, vị trí, tính năng; các yếu tố ảnh hưởng đến miệng phun, kênh dẫn, bạc cuống phun

 Hệ thống đẩy: nhiệm vụ, chức năng, các yêu cầu, vị trí đặt

 Cho 1 sản phẩm yêu cầu bố trí sản phẩm theo hướng nào, vẽ hình cách bố trí,

Ép phun là quá trình mà vật liệu nhựa nhiệt dẻo được gia nhiệt cho đến khi ở trạng thái lỏng Sau

đó được chuyển dưới áp suất phun vào khuôn và được làm nguội trong khuôn cho đến khi nó trở lại trạng thái đông đặc một lần nữa và có hình dạng của lòng khuôn Cuối cùng được đẩy ra khỏi khuôn

- Khả năng lặp lại của quá trình cao

- Giá thành thấp khi sản lượng là hàng khối

- Hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo và một số nhựa nhiệt rắn cĩ thể sử dụng được

- Khả năng tự động hĩa cao, thời gian chu kỳ từ 10-30 giây

- Hầu như khơng cần nguyên cơng gia cơng tinh vì sản phẩm cĩ bề mặt nhẵn bĩng cao sau khi

- Kích thước của sản phẩm bị giới hạn

3 Sơ đồ cơng nghệ ép phun :

Quá trình ép phun gồm hai bước :

- Tạo sự nóng chảy nhờ trục vít

- Trục vít dịch chuyển về phía trước và điền đầy nhựa vào khuôn với một áp suất phun cao

Quá trình ép phun là quá trình có tính chu kỳ :

- Phun : Polymer được phun vào lòng khuôn

- Thời gian giữ: Khi lòng khuôn được điền đầy, việc giữ áp để duy trì việc bù cho sự co rút của vật liệu

- Làm nguội: sản phẩm được đông đặc và làm nguội

- Trục vít lùi lại : Cùng với việc làm nguội là trục vít sẽ lùi lại để tích lũy nhựa chuẩn

bị cho quá trình phun tiếp theo

- Khuôn mở: Một khi sản phẩm được đã đông cứng hoàn toàn, khuôn được mở ra và sản phẩm được đẩy ra

- Khuôn mở và bộ phận kẹp chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo

Thời gian chu kỳ khuơn :

- Đĩng khuơn 1-2 giây

- Phun 2-5 giây

- Thời gian Pack và giữ áp 8-10 giây

- Thời gian làm nguội 10-20 giây

- Thời gian lùi lại của trục vít 2-5 giây

- Thời gian mở khuơn 1 giây

- Thời gian đẩy 1 giây

4 Cấu trúc của khuơn ép phun :

1 Vít lục giác : liên kết các tấm khuôn và tạo tính thẩm mỹ

2 Vòng định vị : định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun

3 Bạc cuống phun : dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa

4 Khuôn cái (cối khuôn) : tạo hình cho sản phẩm

5 Bạc định vị (bạc dẫn hướng): đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái

6 Tấm kẹp trước (trên): giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép nhựa

7 Vỏ khuôn cái : thường được làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với khuôn cái nên giúp giảm giá thành khuôn nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế khuôn

8 Chốt hồi : hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng

9 Khuôn đực (chày khuôn) : tạo hình cho sản phẩm

10 Chốt định vị (chốt dẫn hướng ): chui vào bạc định vị khi khuôn đóng, giúp khuôn đực và khuôn cái liên kết một cách chính xác

11 Vỏ khuôn đực

12 Tấm đỡ : tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun

13 Gối đỡ : tạo khoảng trống để tấm đẩy hoạt động

14 Tấm giữ : giữ các chốt đẩy

15 Tấm đẩy : đẩy các chốt đẩy để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn

16 Tấm kẹp sau (dưới) : giữ chặt phần di động của khuôn trên máy ép nhựa

17 Gối đỡ phụ : tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun

5 Phân loại khuôn và đặc điểm của từng loại :

5.1 Khuôn 2 tấm :

5.1.1 Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nguội :

- Khuôn 2 tấm là loại khuôn phổ biến nhất so với khuôn 3 tấm thì nó có kết cấu đơn giản hơn, rẻ hơn và thời gian chu kỳ ngắn hơn

- Đối với khuôn 2 tấm có 1 lòng khuôn thì không cần kênh dẫn nhựa mà nhựa sẽ điền đầy trực tiếp vào lòng khuôn thông qua bạc cuống phun

- Đối với khuôn 2 tấm có nhiều lòng khuôn thì thì ta cần quan tâm đến việc thiết kế kênh dẫn nhựa và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy các lòng khuôn trong cùng một lúc (vấn đề cân bằng dòng chảy của nhựa)

- Khi xét thấy vị trí các miệng phun có thể đặt thẳng hàng với các lòng khuôn thì việc dùng khuôn 2 tấm là thích hợp

5.1.2 Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng :

- Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng luôn giữ cho nhựa nóng chảy trong bạc cuống phun, kênh dẫn và miệng phun, nhựa chỉ đông đặc khi nào nó chảy vào lòng khuôn Khi khuôn mở thì chỉ có sản phẩm được lấy ra ngoài Khi khuôn đóng thì nhựa trong kênh dẫn vẫn nóng

và tiếp tục điền đầy vào lòng khuôn một cách trực tiếp

- Đối với loại khuơn này, các miệng phun phải được đặt ở vị trí trung tâm của các lịng khuơn

Ưu điểm :

- Tiết kiệm vật liệu

- Giảm thời gian chu kỳ, nâng cao năng suất

- Áp dụng được đối với máy phun cĩ kích thước nhỏ

- Khơng cĩ vết của miệng phun trên sản phẩm, chất lượng sản phẩm tốt hơn

- Khả năng tự động hoá quá trình cao

- Vị trí đặt miệng phun linh động

- Giảm mất mát áp suất trên đường dẫn

- Có khả năng cân bằng dòng chảy

- Tránh tạo mối hàn

- Điều khiển được sự điền đầy và dịng chảy của nhựa

Nhược điểm :

- Giá thành cao hơn khuơn 2 tấm cĩ kênh dẫn nguội

- Người vận hành cĩ tay nghề cao

- Vật liệu khuơn đắt tiền hơn

- Khĩ đổi màu vật liệu

- Hệ thống điều khiển nhiệt độ dễ bị hỏng

- Gây nguy hại về nhiệt cho vật liệu

5.2 Khuơn 3 tấm :

Ưu điểm :

- So với khuôn 2 tấm thì hệ thống kênh dẫn của khuôn 3 tấm được đặt trên tấm thứ hai song song với mặt phân khuôn chính Chính nhờ tấm thứ hai này mà kênh dẫn và cuống phun có thể rời ra khỏi sản phẩm khi khuôn mở (tự động cắt đuôi keo)

- Giá thành thấp hơn so với khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng

- Có khả năng tự động cao hơn và khả năng điều chỉnh miệng phun tốt hơn

- Ít bị hỏng hóc hơn so với khuôn có kênh dẫn nóng

- Có thể phù hợp với vật liệu chịu nhiệt kém

6 Hệ thống kênh dẫn :

Nhiệm vụ : hệ thống kênh dẫn làm nhiệm vụ đưa nhựa từ vịi phun của máy ép vào các lịng

khuơn Đảm bảo nhựa điền đầy vào khuơn nhanh và đầy đủ nhất Nhựa điền đầy vào lịng khuơn trong cùng một lúc

Hệ thống này bao gồm : bạc cuống phun, kênh dẫn và miệng phun Thơng thường khi thiết kế người ta thiết kế kênh dẫn và miệng phun trước rồi mới thiết kế bạc cuống phun vì kích thước bạc cuống phun phụ thuộc vào kích thước kênh dẫn và miệng phun

Bạc cuống phun ( Sprue) : nhận nhựa từ xy lanh của máy ép qua đầu phun vào khuôn

thông qua mặt phân khuôn, thông thường mặt phân khuôn vuông góc với bạc cuống phun Đối với khuôn có một lòng khuôn thì bạc cuống phun đồng thời là miệng phun

Kênh dẫn ( Runner) : nhiệm vụ của kênh dẫn là phân phối vật liệu vào tất cả các lòng

khuôn trong khuôn có nhiều lòng khuôn, ở cùng một thời gian trong một điều kiện nhất định ( cùng một áp suất và nhiệt đo )ä Kênh dẫn dẫn nhựa từ bạc cuống phun vào trong khoang tạo hình

Miệng phun ( Gate) : ép polyme từ kênh dẫn chảy vào trong khuôn Để tách sản phẩm dễ

dàng và vết để lại nhỏ thì chiều dày kênh dẫn phải đặc biệt mỏng Đó cũng là mục đích ngăn ngừa sự co nguôi được hình thành tại vách của kênh dẫn ,trước khi vào lòng khuôn

Các lưu ý khi thiết kế :

a Bạc cuống phun :

- Bạc cuống phun ngắn để tiết kiệm vật liệu và giảm thời gian chu kỳ

- Do lực tác động của vịi phun lên bạc cuống phun lớn nên bạc cuống phun phải được làm

từ thép cĩ độ cứng cao

- Bạc cuống phun khơng được đơng cứng ở bất kỳ mặt cắt ngang nào để đảm bảo sự truyền vật liệu và giữ áp

- Bạc cuống phun là chi tiết đầu tiên nhận lực từ máy ép nên nó có thể bị biến dạng (uốn), vì vậy đường kính không được quá lớn Đường kính D cần phải giữ là nhỏ nhất để chênh lệch nhiệt độ giữa bạc cuống phun và khuôn là nhỏ nhất

- Kênh dẫn phải thiết kế sao cho hiện tượng trượt là nhỏ nhất (dòng chảy có dạng thuôn)

- Chiều dài của kênh dẫn phải là nhỏ nhất để tránh mất áp và mất nhiệt trong quá trình điền đầy

- Đối với khuôn có nhiều lòng khuôn thì kênh dẫn cần phải thiết kế cân bằng và điền đầy cùng một lúc với cùng áp suất

- Mỗi lần rẻ nhánh thì đường kính trên kênh dẫn phụ nên nhỏ hơn so với kênh dẫn chính vì

sẽ kinh tế hơn nếu ta dùng ít vật liệu

- Để phần vật liệu ở chỗ rẽ nhánh của kênh dẫn không bị đông đặc sớm gây nghẽn dòng ta nên thiết kế thêm đuôi nguội chậm (là phần thêm vào của kênh dẫn ở chỗ giao nhau, thường có chiều dài bằng đường kính của kênh dẫn) Đuôi nguội chậm sẽ giúp cho quá trình điền đầy nhanh và tốt hơn

c Miệng phun :

Lời khuyên chung để đạt kết quả tốt trong việc thiết kế miệng phun là dùng phần mềm

mô phỏng quá trình điền đầy lòng khuôn (Moldflow) để thấy được các khuyết tật trên sản phẩm sau khi ép phun Khi thiết kế miệng phun cần lưu ý một số điều sau đây :

Vị trí :

- Nếu có thể nên đặt miệng phun ở chỗ dày nhất của sản phẩm Không nên đặt miệng phun

ở vùng chuyển tiếp từ dày sang mỏng để tránh sự ngắc ngứ và vết lõm hay lỗ trống trên sản phẩm

- Nên bố trí miệng phun đối diện với rãnh thoát khí để khí trong lòng khuôn bị đẩy ra ngoài hoàn toàn

- Bố trí miệng phun hạn chế ít đường hàn nhất

- Đảm bảo hướng dòng chảy tạo ra sự điền đầy đồng bộ trên toàn sản phẩm Điều này giúp tránh được hiện tượng kẹt khí trong quá trình điền đầy Nếu khí bị kẹt thì sản phẩm sẽ dễ

- Trong trường hợp khuôn có nhiều lòng khuôn thì tất cả các miệng phun nên có cùng kích thước (đường kính, bề dày …) để có sự cân bằng dòng và áp

Tính thẩm mỹ :

- Vết miệng phun có thể ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ trên sản phẩm Do đó, nên đặt miệng phun ở những chỗ khó thấy trên sản phẩm khi có thể

7 Hệ thống đẩy :

Nhiệm vụ : sau khi sản phẩm trong khuôn được làm nguội, khuôn được mở ra Lúc này sản phẩm

vẫn còn ôm vào lõi khuôn vì sản phẩm bị co rút nên cần hệ thống đẩy để đẩy sản phẩm rớt ra

Các yêu cầu :

- Hệ thống đẩy thường được lắp trên nửa khuôn di động, cũng có những trường hợp ngược

lại

- Vị trí đẩy phải thích hợp (bố trí tại các góc, cạnh hoặc các gân của sản phẩm và những

nơi mà phản lực có hiệu quả hơn khi lực đẩy tác dụng vào nó)

- Vết trên sản phẩm không ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ

- Lực đẩy cần đảm bảo đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn nhưng không được quá lớn, có thể làm cho sản phẩm bị biến dạng (thiết kế chốt đẩy và vị trí chốt đẩy sao cho không làm méo

sản phẩm)

- Loại cơ cấu đẩy phải được chọn phù hợp tùy từng trường hợp cụ thể Ví dụ : chốt đẩy,

ống đẩy, lưỡi đẩy, cốc đẩy …

- Đặc biệt chú ý độ khít giữa chốt đẩy và lỗ

- Bề mặt trên của cơ cấu đẩy nên bố trí nằm cao hoặc thấp hơn mặt phân khuôn 0,1mm để

tạo hiệu quả đẩy tốt

- Trong khuôn nếu có nhiều loại cơ cấu đẩy ở những vị trí khác nhau thì yêu cầu bề mặt

dưới của hệ thống này phải nằm trên cùng mặt phẳng

- Phải có hệ thống hồi để tránh làm hỏng khuôn

8 Hệ thống lõi mặt bên :

Trong một số trường hợp (như lắp trượt) thì sản phẩm yêu cầu có undercut Vì vậy việc đẩy sản phẩm sẽ khó khăn Do đó cần thiết kế các cấu trúc đặt biệt để lấy sản phẩm ra

a Cơ cấu trượt :

- Thanh trượt có thể liên kết với khuôn và dịch chuyển bằng thủy lực

- Bộ phận trượt cũng có thể thực hiện bằng các chốt nghiêng (cam trượt)

b Cơ cấu cam :

- Nếu undercut ở phía bên trong của sản phẩm (trên lõi) thì ta nên dùng cơ cấu lõi xếp

9 Hệ thống làm nguội :

Nhiệm vụ : nhựa lỏng sau khi vào khuôn phải được làm nguội để đạt được hình dạng mong

muốn Nếu làm nguội khuôn không tốt thì nhựa nóng sẽ gia nhiệt cho khuôn và quá trình định hình sẽ bị kéo dài làm tăng thời gian chu kỳ ép phun Do đó, hệ thống làm nguội khuôn có vai trò hết sức quan trọng vì nó quyết định toàn bộ chu kỳ ép phun

Yêu cầu chung :

- Sự phân bố nhiệt độ trên sản phẩm đồng đều, không còn vùng tụ nhiệt

- Sản phẩm co rút phải đồng đều

- Sai lệch hình học nằm trong phạm vi yêu cầu đối với sản phẩm

- Giảm tối đa thời gian chu kỳ ép phun có thể nhằm tăng năng suất và tiết kiệm chi phí sản

xuất

- Ưu tiên làm nguội bằng hệ thống kênh dẫn chất lỏng làm nguội (nước hoặc hỗn hợp Ethylene Glycol và nước) Những khu vực không thể bố trí được hệ thống kênh dẫn làm

nguội thì có thể dùng các cơ cấu làm nguội đặc biệt

- Làm nguội nhiều hơn ở những vùng thành sản phẩm dày, vùng tụ nhiệt

- Làm nguội tốt ở những vị trí yêu cầu độ chính xác kích thước của sản phẩm

- Chế độ làm nguội nên phù hợp với loại vật liệu và chỉ tiêu của khách hàng

Yêu cầu khi thiết kế :

- Đảm bảo làm nguội đồng đều toàn sản phẩm Do đó, cần chú ý làm nguội những phần

dày nhất của sản phẩm

- Kênh làm nguội nên được đặt gần mặt lòng khuôn khi có thể để làm nguội tốt hơn

- Đường kính kênh làm nguội (thường lớn hơn 8mm) nên không đổi trên toàn bộ chiều dài

kênh để tránh làm ngẽn dòng sẽ làm cho sự trao đổi nhiệt không tốt

- Nhiệt độ chênh lệch giữa đầu vào và đầu ra nên nằm trong khoảng ∆t = 2 - 30C Thông thường nhiệt độ đầu vào nên thấp hơn nhiệt độ khuôn 10 - 200

C

- Nên chia kênh làm nguội thành nhiều vòng làm nguội không nên thiết kế kênh làm

nguội quá dài vì như vậy sẽ làm mất áp và tăng nhiệt độ trên kênh làm nguội

- Kênh làm nguội phải được khoan để có độ nhám tạo ra dòng chảy rối bên trong kênh

Dòng chảy rối trao đổi nhiệt tốt hơn dòng chảy tầng từ 3 đến 5 lần

- Phải đơn giản cho chế tạo và bảo trì

Phân loại mặt phân khuôn :

- Loại phẳng

- Loại không phẳng : mặt bậc, biên dạng hoặc góc

11 Độ co rút :

Khái niệm : là sự giảm kích thước thẳng trong suốt quá trình làm nguội từ nhiệt độ khuôn đến nhiệt độ phòng Độ co rút xảy ra khi Polymer nguội đi và có thể thay đổi theo nhiều hướng khác nhau Các vật liệu tinh thể và bán tinh thể có độ co rút vì nhiệt nhiều hơn so với vật liệu vô định hình

Sự tồn tại độ co rút có thể do các yếu tố sau :

- Áp suất phun thấp

- Thời gian giữ áp và làm nguội ngắn

- Nhiệt độ nóng chảy cao

- Nhiệt độ khuôn cao

- Áp suất giữ thấp

Cách khắc phục độ co rút :

- Cho chất độn vào trong chất dẻo để giảm độ co rút

- Tăng áp suất phun để ép vật liệu vào trong lòng khuôn sẽ giảm độ co rút

- Tăng nhiệt độ tạo hình sẽ làm độ nhớt của nhựa giảm xuống cho phép nhựa được ép vào khuôn và do vậy cũng làm giảm độ co rút

- Tăng thời gian làm nguội trong khuôn