CÔNG NGHỆ ÉP PHUN MÁY ÉP PHUN

Thời gian chu kỳ ngắn Sản lượng lớn, nhiệt độ(khoảng 2300C) và áp suất gia công cao Sản phẩm gia công có kích thước chính xác theo 3 chiều vì được tạo hình trong khuôn kín Quá trình nhựa hóa để tạo hình được thực hiện trong hai giai đoạn riêng biệt, trong những bộ phận khác nhau của máy: nhựa hóa trong xylanh nguyên liệu, tạo hình trong khuôn.

CHƯƠNG 3:

MÁY ÉP PHUN

3.1 Đặc điểm

- Thời gian chu kỳ ngắn

- Sản lượng lớn, nhiệt độ(khoảng 2300C) và áp suất gia công cao

- Sản phẩm gia công có kích thước chính xác theo 3 chiều vì được tạo hình trong khuôn kín

- Quá trình nhựa hóa để tạo hình được thực hiện trong hai giai đoạn riêng biệt, trong

những bộ phận khác nhau của máy: nhựa hóa trong xylanh nguyên liệu, tạo hình trong khuôn

- Quá trình tạo hình chỉ tiến hành sau khi đã đóng kín hai nữa khuôn lại với nhau

- Tùy theo loại nguyên liệu, chế độ nhiệt của khuôn khác nhau Đối với nhựa nhiệt dẻo nhiệt độ khuôn thấp hơn nhiệt độ nhựa lỏng Đối với nhựa nhiệt rắn, nhiệt độ khuôn cao hơn nhựa lỏng

- Khi vùng tạo hình của khuôn đã được lắp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng lực piston ép gián tiếp qua nhựa lỏng

- Năng suất của phương pháp ép phun cao, tùy theo kích thước và hình dạng sản phẩm

mà chù kỳ ép phun theo đổi

- Phương pháp này tiết kiện nguyên liệu

Về nguyên lý, kích thước máy được chọn tương ứng với kích thước của sản phẩm Nhưng điều này không luôn luôn đúng khi kết hợp nhiều sản phẩm nhỏ với nhau Nhiều sản phẩm nhỏ được sản suất một lần trên máy lớn thì kinh tế hơn khi sản xuất từng cái trên máy nhỏ.

Thể thích của sản phẩm được xem xét trước tiên khi chọn máy Sản phẩm càng nặng thì càng nhiều nguyên liệu phải được cung cấp bởi bộ phận ép và hóa dẻo trong khoảng thời gian cho trước

Quan hệ giữa thể tích ép của máy Q (g) và sản phẩm W(g) Q = 1,3 -:- 1,5 W

3.2 PHÂN LOẠI MÁY ÉP PHUN

Ngoài thể tích của sản phẩm, kích thước của nó cũng được xem xét Diện tích hình chiếu của sản phẩm, diện tích chiếu theo hướng kẹp, xác định việc chọn máy.

Với khuôn ép phun, nhựa được ép vào khuôn ở áp suất cao, có thể lớn hơn 2000bar Một lớp xe ô tô có áp suất khoảng 2bar Khuôn phải được giữ chặt với áp suất này để nhựa không chạy ra theo đường phân khuôn Lực kẹp này do bộ phận kẹp tạo ra Máy ép phun được phân loại theo lực kẹp (2 -:- 8000t).

Lực chống lại lực kẹp gọi là lực phân khuôn Lực này bằng áp suất x diện tích hình chiếu, có phương song song với hướng di chuyển

áp suất kẹp nên từ 10 -:- 50MN/m2

Để có sản phẩm tốt, không có ba via, lực phân khuôn phải nhỏ hơn lực kẹp.

Vật liệu khác nhau có tính chất khác nhau và phải gia công ở các điều kiện khác nhau

Do đó, cũng phải có nhiều máy ép phun khác nhau Tuy nhiên, tất cả các máy ép phun có thể tổng hợp thành các kiểu chính sau:

Gia công nhựa nhiệt dẻo thường sử dụng máy ép phun ngang Vì đường phân khuôn ở phương đứng, nên sản phẩm sau bị đẩy ra khỏi khuôn sẽ rơi vào thùng chứa

Ở máy ép phun đứng, mặt phân khuôn nằm ngang Vì vậy máy này thích hợp cho việc sản xuất các sản phẩm có chi tiết đặt trước VD: phích cấm, tuốc nê vít

…

Máy bàn quay, nhiều bộ phận kẹp được đặt cho một bộ hoá dẻo Vì vậy máy này

thích hợp cho việc sản xuất các sản phẩm có thời gian làm nguội hoặc gia nhiệt dài

Ngày càng có nhiều sản phẩm phức tạp nhưng chi phí sản suất phải hợp lý đặt ngành công nghiệp nhựa nhiều thách thức mới Các phương pháp gia công nhựa truyền thống có thể không còn đáp ứng các yêu cầu mới Vì vậy cần có quy trình đặc biệt

QUI TRÌNH ÉP PHUN ĐẶC BIỆT

Ép phun sản phẩm có cấu trúc xốp (foam)

Trong thực tế, một sản phẩm được sản xuất bằng quy trình này có cấu trúc rỏng bên trong và phẳng, được bao phủ một lớp bên ngoài Việc này làm tăng cơ tính nhưng có trọng lượng nhỏ Quá trình này thường sử dụng khuôn lớn, vd các sản phẩm cho ngành công nghiệp trang trí

Các sản phẩm này có thể sản xuất bằng máy ép phun truyền thống(H.11) Tuy nhiên,

việc giới hạn về hành trình ép và vận tốc của máy ép phun truyền thống làm ngăn cản sản xuất các sản phẩm kích thước lớn Máy ép phun đặc biệt được sử dụng để sản xuất sản phẩm này (H 12)

Sản phẩm dạng này có độ dày lớn và tính dẫn nhiệt của vật liệu kém hơn nên chu kỳ dài hơn Tuy nhiên áp suất ép thấp hơn sơ với ép phun truyền thống Điều này có nghĩa là lực kẹp thấp hơn Dẫn tới chi phí khuôn thấp hơn vì không đòi hỏi vật liệu có ứng suất cao

3.3.2 Quá trình ép phun kết hợp (đồng thời)

Về nguyên lý, tất cả các kỹ thuật ép phun, xử lý hai hay nhiều vật liệu khác nhau gọi là kỹ thuật ép phun kết hợp Nhưng thường chỉ sử dụng hai thành phần, vì vậy cũng được coi như ép phun hai thành phần

Kỹ thuật ép phun – khí cũng như Sandwich (phương pháp áp suất khí bên trong hay

ép phun có hỗ trợ khí) là quá trình trình tự Ở bất kỳ trường hợp nào, hai thành phần khác nhau phải dính vào nhau Polymer thứ nhất ép vào lòng khuôn trước, sau đó ép thành phần thứ 2

Với quá trình sandwich, thành phần thứ 2 cũng là polymer, vì vậy tạo thành cấu trúc sandwich, bao gồm lõi bên trong, phủ một lớp da bên ngoài Với kỹ thuật ép phun – khí, khí bên trong được sử dụng như thành phần thứ 2 vì vậy tạo sản phẩm rỏng bên trong

Khi sản xuất bằng kỹ thuật sandwich, vật liệu mới được sử dụng bên ngoài, trong khi đó vật liệu tái sử dụng làm thành phần lõi Điều này sử dụng một lượng đáng kể vật liệu tái sử dụng, mà không làm ảnh hưởng đến vẽ bên ngoài của sản phẩm

nguyên liệu da được ép vào trước nhưng chưa đủ để điền đầy khuôn Sau đó nguyên liệu lõi được ép vào bên trong cho tới khi lòng khuôn được điền đầy Cuối cùng van béc phun quay để vật liệu da ép vào ống rót làm sạch vật liệu lõi khỏi van chuẩn bị cho lần ép tiếp theo

Kỹ thuật ép phun khí

Phạm vi ứng dụng của phương pháp ép phun-khí được tìm thấy trong các sản phẩm thành mỏng và dài, vd như các tay cầm, để giảm vật liệu và độ co rút sản phẩm Nó cũng được sử dụng cho sản phẩm có bề mặt lớn như cữa của máy photo Ở đây các gân dùng

để gia tăng độ cứng và giảm độ cong vênh Ngoài ra còn giảm chu kỳ ép

Kỹ thuật này thích hợp cho ba nhóm sản phẩm:

1. Những sản phẩm có dạng thanh hoặc ống như

Pe dal xe đạp, tay cầm (hình a)

2. Những sản phẩm có cấu trục vỏ lớn như hình b

3. Cho sản phẩm vừa có phần dày và mỏng (hình c) Kỹ thuật này được sử dụng để gia cố ở chỗ lắp ghép trong một chi tiết Ví dụ như các tay cầm có những phần tăng cứng hoặc cái khay có những phần mỏng

Đầu tiên, nhựa được ép vào khuôn Chờ 1 thời gian(3s) , bơm một lượng khí xác định vào nhựa nóng chảy thông qua một vòi đặc biệt bên trong khuôn hoặc hệ thống cấp nhựa Thời gian, áp suất và vận tốc khí là quan trọng

Áp suất tại cổng phun vẫn còn cao và do đó khí chọn đường đi qua những phần

nhựa có độ nhớt thấp và nhiệt cao đến vùng có áp suất thấp hơn Dòng khí tạo ra phần rỏng từ tâm rồi mở rộng từ điểm vào đến điểm điền đầy cuối cùng Bằng việc kiểm soát lượng khí bơm vào, áp lực trên nhựa được kiểm soát và duy trì cho tới khi nhựa đóng cứng Cuối cùng rút vòi khí, trước khi mở khuôn, cho phép khí bên trong thoát ra

Bộ hoá dẻo di chuyển về

Chờ cho sản phẩm nguội

Mở khuôn

Lối sản phẩm

Với phương pháp nhiều lớp, hai thành phần được ép vào để trở nên kết dính với nhau Trong trường hợp này, nguyên liệu có thể là khác loại Hoặc chúng là các thành phần tương tự nhưng có màu khác nhau.

Ví dụ: ở trường hợp thứ nhất là sự kết hợp của nhựa mềm dẻo và nhựa cứng, như siêu mềm ép với thành phần có cấu trúc cứng Trường hợp thứ hai là đèn sau

xe, kết hợp nhựa hai loại nhựa có hai màu khác nhau

3.3.3 Phương pháp ép phun-nén

Cùng với quá trình ép phun cấu trúc xốp và và ép phun khí Phương pháp này được

sử dụng cho sản phẩm có thành mỏng, dấu âm trên sản phẩm

Ép phun – nén có thể phân thành 2 bước: ép phun và nén Trong giai đoạn ép

phun, một lượng chính xác nhựa nóng chảy được ép vào khuôn, khuôn được mở đúng chiều dài đoạn cần nén Tại thời điểm đó thể tích lòng khuôn lớn hơn thể tích sản phẩm, nhựa nóng chảy tích tụ thành một khối Trong giai đoạn nén, khối này bị đè và nén

thành hình trong lòng khuôn khi đóng nữa khuôn di động Bắt đầu giai đoạn nén, ống rót phải được đóng để ngăn nhựa lỏng thoát khỏi lòng khuôn

DVD được sản xuất bằng phương pháp ép phun-nén, có chiều dày bằng một nữa

CD

Qui trình ép phun - nén

nén

ép

Đây là phương pháp sản xuất, các sản phẩm trang trí được sản xuất bằng phương pháp này, cần nhiều bước Sản phẩm bao gồm vật liệu nền, nhựa nhiệt dẻo, và vật liệu trang trí, chủ yếu là phim hoặc vải Vật liệu trang trí được đặt vào trong khuôn sau đó

ép vật liệu nền Sản phẩm ứng dụng công nghệ này như: vỏ điện thoại, cửa xe hơi…

3.3.4 Công nghệ ép phun – sau (back)

Công nghệ trang trí bằng phim

1 - In Mold Decoration - IMD

2 - Film Insert Molding - FIM

• Flat film

• Preformed film

• TPO film

3 - Backmolding of wood

3.2 Cấu tạo của máy ép phun

1 Bộ phận nhựa hóa và ép

2 Bộ phận kẹp

3 Hệ thống điện và thủy lực

Bộ phận nhựa hóa và ép gồm:

1. Phiễu cấp liệu

2. Xylanh nguyên liệu

3. Trục vít vừa làm nhiệm vụ nhựa hóa vừa giữ nhiệm vụ tạo áp suất đẩy nguyên

liệu vào vùng tạo hình của khuôn Để thực hiện nhiệm vụ này, bộ truyền động của trục vít phải tạo được chuyển động tới lui và quay tròn

4 Đầu phun

5 Bộ phần truyền động

3.2.1 BỘ PHẬN HÓA DẺO VÀ ÉP PHUN

Các chức năng chính của bộ phận ép phun có thể chia thành các phần như sau:

Bộ phận ép phun và hóa dẻo

Do đó bộ phận hóa dẻo và ép phải có bộ gia nhiệt Với nhựa nhiệt dẻo, việc làm nóng này do các tấm điện trở kẹp xung quanh xy lanh Nhiệt có thể được đặt ở một giá trị xác định

Từ dạng hạt chuyển sảng nóng chảy

Sự đồng đều

Một nhiệm vụ khác của bộ phận ép và hóa dẻo là có khả năng trộn màu Để sản xuất các sản phẩm có màu bằng máy ép phun, màu mong muốn phải được trộn với hạt nhựa Lý do là đa số nhựa nhiệt dẻo hoặc là không màu hoặc là có màu sáng và trong mờ ở trạng thái tự nhiên của nó Trong một số trường hợp, việc trộn lẫn này được thực hiện bởi nhà sản xuất hạt nhựa Tuy nhiên, thông thường việc trộn lẫn này được thực hiện tại nhà máy sản suất nhựa

Do đó bộ phận ép và hóa dẻo phải có khả năng trộn đều nguyên liệu Tất cả các thành phần phải được trộn đều với nhau một cách triệt để

Ngoài màu sắc, các chất phụ gia cũng được sử dụng, như chất chống oxi hóa (chất ổn định) hoặc chất điền đầy Những chất này làm giảm giá thành hạt nhựa, vì chúng rẽ hơn vật liệu nền

3.2.1.1 HÓA DẺO

Hạt nhựa được đổ vào phiễu Hạt nhựa rời khỏi phiễu, vào vùng lấy liệu của trục vít

Trục vít quay chuyển hạt nhựa hướng về phía béc phun Trong quá trình di

chuyển về phía trước hạt nhựa tiếp xúc với thành xylanh nóng

Trong quá trình di chuyển ma sát giữa các hạt tạo ra nhiệt Sự trộn lẫn của nhựa chảy nhớt- yếu tố cực kỳ quan trọng trong để có sản phẩn chất lượng cao- bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ thành xyanh và tốc độ quay trục vít

Trong các bộ phận này thì xylanh và trục vít đóng vai trò quan trọng hơn cả Xylanh có cấu tạo như máy đùn trục vít thường 2 lớp: lớp ngoài chịu lực và lớp trong chịu ăn mòn hóa học và chống mài mòn Xylanh có thể đúc thành một đoạn liên tục hoặc thành từng đoạn mà khi lắp đặt có thể liên kết với nhau bằng các mặt bích và bulong Nhiệm vụ quan trọng của xylanh là tạo bề mặt truyền nhiệt

Trục vít giữ nhiệm vụ như máy đùn trục vít tức là tải nguyên liệu, nhựa hóa

và tọa áp suất đẩy vật liệu, tuy nhiên ở đây có điểm khác biệt

- Nhiệm vụ tải vật liệu và nhựa hóa được thực hiện bởi tác động quay trục vít

- Nhiệm vụ tạo áp suất đẩy vật liệu khỏi xylanh nguyên liệu được thực hiện bởi chuyển động tới lui của trục vít

Do đó cấu tạo của trục vít ở máy ép phun khác với máy đùn Độ dài tương đối của vít so với xylanh ngắn hơn so với máy đùn, vì còn chừa khoảng cách để trục vít chuyển động tới lui

Một đặc điểm khác biệt nữa so với máy đùn là trong máy ép phun trục vít chuyển động gián đoạn theo từng chu kỳ

Để thực hiện chức năng của mình, trong máy ép phun, trục vít hoạt động nhờ hai bộ phận truyền động khác nhau

1. Chuyển động tới lui được thực hiện nhờ vào xylanh thủy lực lắp sau xylanh

nguyên liệu, thường 2 xylanh này đồng trục

2. Chuyển động quay tròn có thể do động cơ điện truyền động qua bộ phận giảm

tốc và cũng có thể nhờ mô tơ thủy lực Hiện nay người ta thường dùng mô tơ thủy lực vì phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng và thay đổi vô cấp, mặt khác cơ cấu truyền động đơn giản hơn

Béc phun là bộ phận tiếp theo xylanh nguyên liệu Đầu phun giữ nhiệm vụ dẫn nguyên liệu từ xylanh nguyên liệu đến khuôn Cấu tạo và hình dạng của đầu phun

có ảnh hưởng rõ rệt đến áp suất và nhiệt độ của dòng nhựa, đồng thời cũng ảnh hưởng đến thời gian duy trì áp suất, nghĩa là ảnh hưởng đến chu kỳ đúc Cấu tạo của đầu phun phải đảm bảo 3 yêu cầu kỹ thuật sau:

1 Không có điểm dừng trên dòng nguyên liệu

2 Tổn thất áp suất thấp

3 Có khả năng lắp khít vào ống rót rãnh chính trong giai đoạn phun, và không cho nhựa lỏng trong xylanh nguyên liệu chảy ra khỏi ống rót rãnh chính trong giai đoạn nhựa hóa

Nhiệt nhựa dẻo được gia nhiệt đến 180 -:- 300 C, hỗn hợp cao su được gia nhiệt khoảng 100 C để tránh xảy ra phản ứng hóa học sớm

Áp suất ngược tác dụng lên trục vít Áp suất ngược này cũng cản trở nhựa di chuyển về phía trước Sự cản trở này làm tăng sự trộn lẫn thêm

Hình học của trục vít truyền thống máy nhựa

• Mỗi trục vít có một hình dạng hình học cụ thể Hình học này xác định kích thước của trục vít

δ: dung sai φ: Góc nâng h: chiều cao răng

Để nhựa hóa dẻo nhanh và đồng đều, trục vít được chia làm 3 vùng

Vùng cấp liệu(phần phía trước của trục vít), nguyên liệu được nạp từ phiễu và chuyển tới béc phun Phần giữa của trục vít (vùng chuyển biến hoặc vùng nén) chiều cao răng giảm làm nguyên liệu bị nén, khí thoát ra và nóng chảy

Vùng trước trục vít, ngoài việc trộn lẫn nguyên liệu, còn tạo áp suất

Một khi nhựa đã hóa dẻo chuyển về phía béc phun, nó được chứa ở đó trước khi bị ép vào khuôn Nhựa nóng chảy phải được ép vào khuôn với vận tốc rất cao, để tất cả nhựa được ép vào khuôn ở trạng thái hoàn toàn chảy nhớt Bộ phận hóa dẻo thì không có khả năng để cung cấp nhựa chảy nhớt nhanh như vậy Cho nên, nhựa chảy nhớt phải được tích trữ giữa giai đoạn hóa dẻo và ép

Với lý do đó, hầu hết các máy ép phun cho nhựa nhiệt dẻo, trục vít có thể di

chuyển dọc trục Tuy nhiên cũng có các thiết kế khác Nguyên liệu di chuyển dọc trục tập trung ở trước đầu trục vít (khoan trước) Trục vít phải di chuyển về phía sau khi đang quay Khi trục vít di chuyển một đoạn xác định trước và một lượng nhựa mong muốn đã tích trước trục vít, thì trục vít dừng quay và nguyên liệu không được thêm

Nguyên liệu không được thoát ra khỏi béc phun ở bất kỳ thời điểm nào ngoại trừ

trong thời gian ép, vì điều này sẽ làm giảm lượng nguyên liệu có sẵn cho hoạt động

ép Với lý do đó, béc

phun phải có bộ phận đóng trong giai đoạn hóa dẻo Có nhiều loại béc phun khoá thực hiện chức năng đó Hình bên dưới là béc phun khóa kim

Trong giai đoạn hóa dẻo lò xo đẩy kim ép vào lỗ béc làm đóng béc phun (hình trái) Trong giai đoạn ép kim bị đẩy ra béc phun được mở, cho phép nhựa chảy qua béc phun

Béc phun khoá không thể sử dụng cho nhựa nhạy cảm cao vì nhựa có thể phân hủy tại vị trí đóng Béc phun mở được sử dụng cho các loại nhựa này (PVC) hoặc giảm giá thành máy Không thể ngăn cản hoàn toàn nhựa thoát ra với béc mở Điều

này phải tính toán trong giai đoạn ép (bằng cách giảm nén khi kết thúc giai đoạn cấp

liệu).

Ngay khi đủ lượng nguyên liệu tích lũy ở khoan ép, hoạt động hóa dẻo kết thúc Nguyên liệu sẵn sàng cho ép

3.2.1.2 ÉP

Chuyển động quay do mô tơ thuỷ lực

hoặc điện thông qua bánh răng

Chuyển động tịnh tiến do 2 xylanh ở 2

bên và chuyển động quay do mô tơ

Trục vít thực hiện hoá dẻo, piston thực hiện ép

Trục vít quay nối trực tiếp mô tơ thuỷ lực hoặc điện