Đề tài thuyết trình THERMOFORMING

Đề tài thuyết trình THERMOFORMING

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU MÔN KỸ THUẬT GIA CÔNG POLYMER

NHÓM 1

ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH THERMOFORMING GVHD : HOÀNG XUÂN TÙNG

Mục Lục



TỔNG QUAN VỀ THERMOFORMING 3

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG 3

I PRESSURE FORMING (P HƯƠNG PHÁP THỔI ) 3

1 Giới thiệu: 3

2 Công nghệ: 4

3 Một số thiết bị: 9

4 Nguyên liệu: 10

5 Ứng dụng sản phẩm: 11

II VACUUM FORMING (PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG) 13

1 Giới thiệu: 13

2 Công nghệ: 13

3 Một số thiết bị: 20

4 Nguyên liệu: 21

5 Ứng dụng sản phẩm: 23

III COMPRESSION MOULDING ( PHƯƠNG PHÁP DẬP- ĐÚC ) 24

1 Giới thiệu: 24

2 Công nghệ: 25

3 Một số thiết bị: 27

4 Nguyên liệu: 28

5 Ứng dụng sản phẩm: 30

IV.SO SÁNH GIỮA VACUUM VÀ PRESSURE 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

Phương pháp này có những ưu điểm sau:

 Thiết bị đơn giản, đầu tư thấp

 Phù hợp khi sản xuất với sản lượng ít, sản phẩm với kích thước lớn và hình dáng đơn giản

Do những giới hạn trên mà sản phẩm do tạo hình nhiệt chỉ được áp dụng phổ biến khi có nhiều loại nhựa nhiệt dẻo và phương pháp tạo hình chân không ra đời, cho phép ra đời sản phẩm có chất lượng cao

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG

I Pressure forming (Phương pháp thổi)

1 Giới thiệu:

- Quá trình gia công được thực hiện với nguyên liệu nhựa nhiệt dẻo ở dạng màng

- Đối với nhựa nhiệt dẻo :

- Khi tạo hình không cần biến đổi hóa học

- Thời gian tạo hình ngắn

- Tái sinh dễ dàng

- Phương pháp thổi được áp dụng khi cần có sản phẩm sắc nét vì áp suất thổi có thể gia tăng để tạo lực nén lớn

2 Công nghệ:

Có 2 phương pháp thổi :

Thổi tự do

Thổi trong khuôn

- Thổi tự do: tạo được các sản phẩm dạng bán cầu, có tính quang học tốt

Ví dụ : chụp đèn trang trí

- Thổi trong khuôn: có 2 công nghệ, thổi toàn hình hay thổi bán hình

Thổi khí kết hợp với tạo hình chân không: Phương pháp dùng cho các sản phẩm có đường viền phức tạp, độ cong không đều nhau, áp dụng cho vật liệu có tính đàn hồi

Quy trình công nghệ

Tạo hình bằng khí nén là phương pháp sản xuất với đặc trưng phun khí vào khuôn, độ

rõ nét cao của các chi tiết, đồ dùng gia dụng và các đồ chứa mà tiêu tốn ít chi phí trang thiết bị Nó liên quan đến áp lực tích cực để buộc nhựa nóng đi vào khuôn Điều này được gọi là tạo hình nhiệt bằng khí nén hoặc thổi

 Thổi trong khuôn:

Bước 1: Phim được làm nóng bằng không khí, thông qua các lỗ nhỏ của không Bộ phim

được làm nóng nhanh chóng trong khuôn

Bước 2: Phim được kẹp giữa con dao và khuôn Không khí nén được bơm vào khuôn ép

phim xuống tiếp xúc trực tiếp với tấm cắt và mặt khuôn giúp tạo hình sản phẩm

Bước 3: Hình dạng bây giờ hình thành và được làm mát bằng không khí Sau đó di chuyển

các tấm cắt và cắt tỉa các phần rìa dư

Bước 4: Khi khuôn mở ra, khí nén được bơm vào giữa sản phẩm và hình thành khuôn để

đẩy sản phẩm ra

Bước 5: Sau khi sản phẩm được đẩy ra, bộ phim được đẩy chuyển về phía trước, mang

theo các đơn vị hoàn toàn hình thành với các chi tiết rõ ràng, bộ phim mới đi vào được làm nóng và bắt đầu một chu kỳ mới

Áp lực được sử dụng có thể được điều chỉnh một cách linh hoạt từ 20-150 Psi, để buộc tấm nhựa nóng vào khuôn có kiểm soát nhiệt

Các lỗ thông hơi xuất hiện trong khuôn với vai trò xả khí bị mắc kẹt

Hình dạng rõ nét ( những nét nổi bậc) của hình dạng sản phẩm được xác định bằng

độ phức tạp của cá đường nét và tỉ lệ xếp chặc, khít Kết cấu và chi tiết sản phẩm được xây dựng một cách chính xác vào trong các dụng cụ

Chi phí thấp, tính thẩm mỹ cao, kích cở sản phẩm đa dạng Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào quá trình kiểm soát nhiệt, sự co rút của vật liệu

Các loại khuôn:

Positive Mold : khuôn đực: Có thể tạo ra các chi tiết bên trong của sản phẩm

Negative Mold : khuôn cái: Có thể tạo ra các chi tiết bên ngoài của sản phẩm

 Thổi tự do:

Không khí cao áp thổi lên một tấm nóng thông qua một khẩu độ hình, kết quả hình thành một bong bóng dạng hình bán cầu, mà không cần chạm vào mặt khuôn Cả hai bề mặt bên ngoài và trong luôn mịn màng và gần như không có khuyết điểm

- Nhiệt độ gia công cũng ảnh hưởng đến bề dày của sản phẩm

- Khắc phục sự bất đồng đều trong bề mặt sản phẩm: Phương pháp đốt nóng có tính đến hình dạng sản phẩm, tức là những điểm chịu ứng suất lớn sẽ được gia nhiệt ít Nhưng nhược điểm lại là tạo nên vết nứt trên bề mặt sản phẩn do sức căng mà ứng suất gây ra khi nhựa được đốt nóng ít

- Để gia nhiệt đến nhiệt độ gia công, ta thường dùng: đèn hồng ngoại đặc cách nhựa 75 – 100 mm hoặc đốt nóng bằng dòng điện cao tần Điện cao tần thì tạo sản phẩm tốt, năng suất cao, nhưng lại kén vật liệu

- Thời gian đốt nóng chiếm tới 50 – 80 % thời gian sản xuất

Vận tốc biến dạng

- Tính chất vật liêu thay đổi theo nhiệt độ và vận tốc biến dạng Trong quá trình tạo hình các vị trí khác nhau sẽ có tốc độ nguội khác nhau, do đó ảnh hưởng đến

bề dày sản phẩm

- Vật liệu mềm hơn khi tăng nhiệt độ hoặc giảm vận tốc biến dạng Vậy nên nếu kéo chậm sẽ gây ảnh hưởng đến bề mặt sản phẩm do hiện tượng nguội khi đang kéo Còn nếu kéo nhanh, các góc cạnh của sản phẩm sẽ bị mỏng do nhựa không chảy kịp

- Nếu sản phẩm yêu cầu độ dày mỏng thì phải kéo nhanh, do quá trình làm nguội nhanh hơn Và ngược lại với sản phẩm dày

- Ví dụ : 7m/ phút đối với polyolefin, 25m/phút đối với celluloid và 30m/phút đối với polycacbonat

Thông số kỹ thuật máy:

- Đường kính đĩa giấy : 4-9 inch

- Nguyên liệu: giấy, bìa , giấy ghép màng nhôm mỏng, giấy tráng PE hoặc các loại giấy khác

- Trọng lượng giấy : 300-600 gsm ( trọng lượng thuận lợi: 350-450 gsm )

- Năng suất : 60 - 80 cái/phút ( 2 trạm, thay đổi khuôn mẫu để làm kích thước khác nhau)

- Nguồn điện: 3 kW / 220V / 50 Hz

- Áp lực khí : 0.8Mpa, không khí ra 1.5 m3/ phút (cần mua thêm máy nén khí)

- Trọng lượng máy: 1000 kg

- Kích thước máy: 1300mm×1000mm×1750mm

- Lượng khí tiêu thụ: 0,8 khối/phút

- Áp suất không khí : 0.6-0.8 Mpa

- Không khí đột xi lanh: 150mm

4 Nguyên liệu:

Nhựa nhiệt dẻo ở dạng tấm, các polime thường được gia công bằng phương pháp tạo hình nhiệt là : ABS, PMMA, PETG, PVC…

 PMMA( poly methyl methacrylate)

Công thức cấu tạo

- PMMA có công thức phân tử: (C5O2H8)n

- PMMA la chất dẻo đi từ dẫn xuất của axit meta acrylic

- PMMA (hay thủy tinh hữu cơ) là nhựa nhiệt dẻo, trong suốt, không màu, cứng, đàn hồi

Là nhựa nhiệt dẻo nên dễ gia công theo các phương pháp khác nhau

- PMMA là polymer có cấu trúc vô định hình

- Nhiệt độ chảy mềm :1250C

- Điểm nóng chảy : 1600C

- Nhiệt độ thủy tinh hóa : 105oC

- PVC ở dạng bột có màu trắng, hoặc màu vàng nhạt

- PVC sản xuất theo 2 phương pháp huyền phù và nhũ tương

- Nhiệt độ thủy tinh hóa: 87 oC

- Nhiệt độ nóng chảy: 80 oC

5 Ứng dụng sản phẩm:

 Chụp đèn trang trí

 Khay đựng trứng gà

 Hộp đựng bánh trung thu

 Cửa chớp

 Khay thức ăn

 Sản xuất bao bì như : blister ( chỗ phòng rộp, bọt

khí, ), vỏ bọc (nắp vung), đồ gia dụng, điện, điện

tử, gờ , vùng lõm, chi tiết xoăn,

 Ứng dụng trong các lĩnh vực thực phẩm, sinh học và

trong công nghiệp

Ưu điểm :

- Phương pháp này có lợi thế về chi phí khi tiến hành sản xuất nhỏ, chi phí khuôn rẻ

- Cho nên với yêu cầu chất lượng sản phẩm không quá cao thì phương pháp thổi là tối

ưu

- Phương pháp này thích hợp cho sản xuất vừa và nhỏ, giảm chi phí khuôn, quá trình này không làm mài mòn khuôn, chi phí thiết bị thấp hơn injection

- Tiết kiệm thời gian gia công đến 25 %

II Vacuum forming (Phương pháp hút chân không)

1 Giới thiệu:

Phương pháp này mở rộng hướng ứng dụng của phương pháp tạo hình bằng nhiệt

vì yêu cầu chỉ cần thiết bị đơn giản ngoài ra còn cho năng suất cao và sản phảm với hình dáng khá đa dạng

 Tạo hình và làm nguội:

Ở công đoạn tạo hình ta đưa vật liệu đang ở trạng thái chảy mềm tới gần khuôn sau đó sẽ dùng áp suất chân không đễ loại bỏ hết lượng khí bị mắc kẹt trong khoảng không gian giữa tấm vật liệu và khuôn Sau đó áp suất không khí phía bên kia thành vật liệu (~14,7psi [101kPa]) sẽ làm cho bán thành phẩm tiếp xúc sát khuôn làm cho

nó có hình dáng của khuôn cho tới khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ chảy mềm của nó

 Lấy sản phẩm và hoàn tất:

Sau khi vật liệu được giữ ở hình dạng sản phẩm trong khoảng thời gian đủ lâu

nó sẽ chuyến từ trạng thái chảy mềm sang trạng thái rắn Tiếp theo vật liệu được lấy

ra rồi đem đi tỉa các phần thừa và hoàn tất

Có nhiều kỹ thuật tạo hình bằng chân không:

 Tạo hình trực tiếp bằng chân không:

Dùng chân không để tạo sự sai biệt áp suất 2 bên thành tấm vật liệu Phương pháp này cho ra sản phẩm có chi tiết bề mặt tốt Tuy nhiên phương pháp này cho ra phế liệu khá nhiều vì phải cắt bỏ các thành bên

Phương pháp này thích hợp với các sản phẩm có tỷ lệ H/W (tỷ lệ kéo) bé, thường dùng để sản xuất các sản phẩm có sự khác biệt trên bề mặt sản phẩm do việc nguội của vật liệu khi tiếp xúc khuôn trước khi việc tạo hình hoàn tất, ví dụ như việc sản xuất các bản đồ nổi, mặt búp bê, với các loại nhựa như acrylic, celluloid, vinyl cứng,

Tạo hình trực tiếp bằng chân không được sử dụng khi có yêu cầu cao về tính chất bề

mặt Phần tấm nhựa ko chạm vào khung sẽ cong hơn so với phần nguyên mẫu Trong quá trình này một cái khuôn có khả năng hút chân không được làm ra với phần trên mở Khuôn được đưa tới tấm nhựa đang nóng sau đó hút chân không Áp suất khí xung quanh sẽ gây

áp lục lên tấm nhựa tạo ra 1 vùng lõm xuống Chân không càng nhiều thì phần lõm càng lớn Chỉ có vật liệu ở thành bị kẹp và ở chu vi của khuôn chân không chạm vào bề mặt khuôn Vì thế, phần lõm còn lại không bị vặn vẹo Một con cảm biến điện tử thường được

dùng để điều khiển áp suất chân không và độ sâu của chi tiết

Quá trình này được dùng để sản xuất những tấm nhựa lấy sáng, kính chắn gió, kính cửa sổ hay là những sản phẩm khác Những chi tiết nhỏ và phức tạp ko thích hợp với phương pháp này

 Tạo hình kết hợp chày nóng hoặc khuôn hỗ trợ:

Để tránh các vết nhăn trên bề mặt sản phẩm do sụ làm nguội vật liệu tại tiếp điểm nhanh hơn phần không tiếp xúc, người ta sử dụng chày nóng để tạo dáng sơ bộ Phương pháp này cho sản phẩm đều hơn và có thể sử dụng tỷ lệ kéo cao hơn tạo hình trực tiếp bằng chân không

o Dùng Male Mold-Snap back

Đây là một cách thức khá phổ biến bởi khuôn hỗ trợ có thể sản xuất nhanh chóng và không quá đắt Khuôn hỗ trợ này sẽ được đưa đến tấm vật liệu đang nóng và định hình sơ

bộ tấm vật liệu Áp suất chân không lập tức được tiền hành để hút vật liệu còn đang nóng

về phía khuôn chính Một cảm biến điện tử sẽ được dùng để đo độ sâu của phần lõm

xuống Sau đó khuôn phụ được đưa đến phần lõm này và áp phần khuôn phụ xuống đồng thời áp suất chân không được đảo chiều làm cho vật liệu bị hút chặt vào bề mặt khuôn ngay lập tức Sau đó khuôn được lấy ra ngay để loại bỏ những những biến dạng không mong muốn có thể gặp bằng quạt làm nguội

o Female mold—plug assist

Khi vật liệu nóng đưa tới thì chày nóng được sử dụng Chày hỗ trợ này có thể được làm từ gỗ hoặc syntactic foam (hỗn hợp composite của kim loại và polymer hoặc ceramic)

là những vật liệu có tính chất truyền nhiệt thấp Khuôn phụ có hình dạng gần giống phần

khuyết của khuôn chính Giữa khuôn chính và phụ phải cách nhau 1 khoảng gần 13mm Khuôn chính được nâng lên phía trên tấm vật liệu mà ko để cho tấm vật liệu đụng bề mặt khuôn Tiếp theo chày đươc đưa đến tấm vật liệu đang nóng rồi đẩy nó vào chỗ khuyết của khuôn Không khí kẹt ở trong cái khuôn chính sẽ làm cho tấm nhựa trồi xung quanh chày khi nó bị nén Và khi khuôn phụ tiến đến gần khuôn chính, nó dừng lại ngay khi chạm vào đáy chỗ khuyết, ngay lập tức dùng hút chân không để chuyến tấm nhựa từ khuôn phụ sang khuôn chính

 Tạo hình chân không kết hợp khí nén:

Female mold—billow snap back Khi không thể sử dụng kiểu chày như trên, một số vật liệu cần dùng đến áp suất khí để có thể điều chỉnh được sau khi định hình sơ bộ tạo 1 phần lõm xuống Phần lõm xuống này có độ sâu 75% so với phần khuyết của khuôn chính Sau đó áp suất khí đảo chiều thành chân không hút tấm vật liệu lên phần khuyết của

khuôn Cách làm này cho ra độ dày phần đáy của chi tiết

o Dùng Male Mold - Pillow Plug

Cách thức này cũng giống như snap back nhưng khác ở chỗ khuôn phụ có thể điều chỉnh áp suất được, khuôn phụ này sẽ làm cho vật liệu đang nóng phòng lên khỏi khuôn phụ và tạo ra 1 vùng lồi Độ cao ngoi lên của vật liệu sẽ bằng khoảng 75 % chiều cao khuôn chính Tiếp sau đó khuôn được đưa vào phần vật liệu nhô lên làm nó bám vào các góc cạnh của khuôn cho tới khi khóa trục lại Tiếp theo dùng chân không hút vật liệu để vật liệu bám chặt vào toàn bộ bề mặt khuôn Cách thức này tao ra vật liệu có độ dày đều

hơn snap back nhưng khó điều chỉnh các tính chất của sản phẩm hơn Áp suất trong khuôn phụ phải được điều khiển bằng cách xã van khi khuôn chính ép vào tấm vật liệu

 Tạo hình chân không 2 lớp:

Tiến trình này dùng để tạo các chi tiết rỗng Rất khó để tạo các chi tiết lớn và dày với phương pháp này Các thành phẩm của quá trình này là Pallet nhựa, túi khí lót trong container và những chi tiết 2 lớp, những thứ cần khả năng chịu lực và có thể chứa khí Để thêm khả năng chịu lực, chi tiết twin-sheet có thể được lấp đầy bằng những tấm mút xốp

hoặc trong một số trường hợp có thể cho cả kim loại và gỗ trong quá trình tạo hình

o Twin-sheet forming

Trong quá trình này 2 tấm nhựa được đưa đến 2 phần khuôn đối diện nhau và được hút chân không để định hình trong 2 khuôn riêng biệt Sau đó 2 khuôn đóng chặt lại khi 2 tấm nhựa còn đang nóng Áp suất của 2 khuôn ép 2 tấm nhựa lại tạo ra 1 sự liên kết rất bền tương đương với khi được hàn nhiệt Các khuôn được thiết kế để tạo ra sự kết nối trên bề mặt xong quanh chu vi và ở các vùng được chọn của chi tiết tùy theo yêu cầu về sức chịu đựng và hình dáng Bề mặt tấm nhựa phải ở nhiệt độ tạo hình khi sự kết nối được diễn ra Quá trình phụ thuộc vào những thiết kế và cấu trúc dưới đây của khuôn:

 Phải có thiết bị blow pin để giải nhiệt bên trong

 Các tiết diện tiếp xúc và bề mặt bên trong phải song song và dữ đúng khoảng cách

để vật liệu có thể di chuyển xuyên suốt quá trình nén

 Một vài khuôn yêu cầu phải có thiết bị gia nhiệt bằng điện đằng sau những nơi tiếp xúc bề mặt để giữ nhiệt độ và sẽ ảnh hưởng đến tính chất của mốt liên kết

Tạo hình twin-sheet có thể làm với các vật liệu mỏng (0.010–0.060 in [0.25–1.52 mm]) trong một băng chuyền con lăng liên tục và với 2 phương pháp trên 3 máy được thiết kế có thể sử dụng vật liệu dày

 Nhiệt độ tạo hình:

- Khoảng nhiệt độ tạo hình của phương pháp này đối với nhựa nhiệt dẻo là khá rộng Thấp nhất có thể tạo ra sản phẩm hộp vuông mà không có khuyết tật nhận thấy bằng mắt thường Cao nhất là khi miếng nhựa chảy võng xuống trên kẹp hoặc vật liệu bị biến dạng

- Nhiệt độ gia công cũng ảnh hưởng đến bề dày ở các điểm khác nhau của sản phẩm

và cả chất lượng sản phẩm Khi gia công ở nhiệt độ cao sẽ có chất lượng cao hơn vì giảm được ứng suất nội và ổn định kích thước hơn

- Để đạt được sự đồng đều về bề dày sản phẩm, đôi khi người ta phải tính đến hình dạng sản phẩm, trong đó điểm nào chịu ứng suất nhiều hơn trong quá trình gia công

sẽ được hơ nóng ít hơn Tuy nhiên những sản phẩm này cũng ít được dùng vì phức tạp và tạo các sức căng bề mặt trên làm sản phẩm dễ bị rạng nứt khi sử dụng

- Để đốt nóng vật liệu đến nhiệt độ gia công, người ta thường sử dụng phương pháp đốt nóng bể mặt với đèn hồng ngoại đặt cách tấm vật liệu từ 75 – 100 mm hoặc đốt nóng bằng dòng điện cao tần Việc đốt nóng bằng dòng điện cao tấn sẽ cho năng suất cao và chất lượng sản phẩm tốt Tuy nhiên phương pháp này kén vật liệu

- Trong phương pháp tạo hình bằng nhiệt , thời gian gia công chiếm từ 50-80% thời gian sản xuất vì thế việc lựa chọn phương pháp đốt nóng sẽ ảnh hưởng đến năng suất lao động

- Bộ gia nhiệt thường sử dụng tia hồng ngoại, sử dụng tấm nhôm phản xạ Để đạt đc kết quả tốt nhất của phương pháp này, cần chọn những loại vật liệu có sự gia nhiệt đồng đều trên toàn bộ bề mặt và xuyên suốt bề dày của tấm vật liệu