3.4.1. Khuôn hai tấm
Loại khuôn này chỉ gồm có hai tấm và đƣợc coi là đơn giản nhất gồm khuôn cố định, khuôn di động. Loại này dùng kênh dẫn nóng hoặc kênh dẫn nguội.
Khuôn 2 tấm dùng kênh dẫn nguội:
Đối với khuôn hai tấm có một lòng khuôn thì không cần đến kênh dẫn nhựa mà nhựa sẽ điền đầy trực tiếp vào lòng khuôn thông qua bạc cuống phun.
Đối với khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn thì ta cần thiết kế kênh dẫn và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy các lòng khuôn cùng lúc.
Vì vấn đề cân bằng dòng và đòi hỏi các miệng phun phải đƣợc bố trí thẳng hàng với các lòng khuôn mà việc thiết kế khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn gặp nhiều hạn chế với một số sản phẩm nhựa nhất định, do đó để khắc phục tình trạng này, ngƣời ta dùng khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng hoặc khuôn ba tấm.
GVHD: ThS Thân Văn Thế 26 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang
Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng:
Loại khuôn này giữ cho nhựa nóng chảy trong bạc cuống phun, kênh dẫn và miệng phun, nhựa chỉ đông dặc khi nó chảy vào lòng khuôn. Khi khuôn mở ra thì chỉ có sản phẩm đƣợc láy ra ngoài (đôi khi có thêm kênh dẫn nguội). Khi khuôn đóng lại thì nhựa trong các kênh dẫn vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lòng khuôn một cách trực tiếp. Kênh dẫn trong khuôn có thể gồm cả kênh dẫn nóng và kênh dẫn nguội.
Đối với loại khuôn này, các miệng phun đƣợc đặt ở vị trí trung tâm của các lòng khuôn, điều này có nghĩa là các kênh dẫn phải đƣợc đạt xa mặt phân khuôn.
Ƣu điểm: tiết kiệm vật liệu, không có vết của miệng phun trên sản phẩm, giảm thời gian chu kì, điều khiển đƣợc dòng chảy và sựđiền đầy của nhựa.
Nhƣợc điểm: giá thành cao hơn khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội, khó đổi màu vật liệu, hệ thống điều khiển nhiệt độ dễ bị hỏng, không thích hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém.
Hình 3.3. Hệ thống kênh dẫn nóng.
3.4.2. Khuôn ba tấm
Nếu khuôn hai tấm có nhiều sản phẩm trên cùng một khuôn ngƣời ta có thể thay bằng kết cấu khuôn ba tấm. Hệ thống kênh dẫn của khuôn ba tấm đƣợc đặt trên tấm thứ hai song song với mặt phân khuôn chính. Nhờ tấm thứ hai này mà kênh dẫn và cuống phun đƣợc tách rời sản phẩm khi khuôn mở (tự cắt đuôi keo).
GVHD: ThS Thân Văn Thế 27 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang
Hệ thống khuôn này gồm có khuôn trƣớc, khuôn sau và hệ thống thanh kéo, tấm khuôn giữa, nó tạo ra chỗ mở khi khuôn mở. Một chỗ mở để lấy sản phẩm ra chỗ kia lấy cuống phun nhựa ra. Nhƣợc điểm của hệ thống khuôn 3 tấm là khoảng cách giữa vòi phun của máy và lòng khuôn rất dài. Nó làm giảm áp lực khi phun nhựa vào khuôn và tạo ra nhiều phế liệu của hệ thống kênh nhựa (cuống phun). Kết cấu khuôn phức tạp, nhiều chi tiết đƣợc ghép vào khuôn và khoảng mở khuôn phải lớn.
Để khắc phục nhƣợc điểm trên, ta dùng một kết cấu hệ thống có kênh dẫn nhựa nóng (hot runner). Ƣu điểm của hệ thống khuôn này là không có phế liệu ở hệ thống kênh nhựa, và độ dày của khuôn giảm.
Ƣu điểm: Giá thành thấp hơn, ít bị hỏng hóc hơn so với khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng, có thể phù hợp với vật liệu chịu nhiệt kém.
Nhƣợc điểm: Chu kỳ ép phun tăng, lãng phí nhiều vật liệu, cần áp suất phun lớn để điền đầy do hành trình dài của dòng nhựa đi đến lòng khuôn.
3.4.3. Khuôn nhiều tầng
Khuôn nhiều tầng đƣợc dùng khi yêu cầu một số lƣợng sản phẩm lớn, hệ thống khuôn nhiều tầng đƣợc chế tạo để giữ lực kẹp của máy, nghĩa là sử dụng cho loại máy có kích thƣớc nhỏ. Với loại khuôn này, ta có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn.
Hình 3.5. Khuôn nhiều tầng.
3.5. Kết cấu các hệ thống trong khuôn
- Hệ thống đẩy
Chức năng của hệ thống đẩy là lấy sản phẩm ra sau khi khuôn mở. Sau khi sản phẩm đƣợc đẩy ra hệ thống đẩy phải trở về vị trí ban đầu để chốt đẩy không làm hỏng khuôn. Vì vậy cần một chốt hồi về, chốt đẩy và chốt hồi đƣợc đặt cùng nhau trên một tấm (tấm đẩy).
GVHD: ThS Thân Văn Thế 28 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang Hình 3.6. Các phần tử trong hệ thống đẩy.
Yêu cầu khi thiết kế hệ thống đẩy phải đảm bảo không đƣợc làm yếu khuôn sau. Tấm đây là tấm chịu tất cả áp lực đẩy vì vậy độ dày của tấm đẩy cũng rất quan trọng ta có thể lấy dộ dài của tấm đẩy dựa vào bề mặt sản phẩm theo kinh nghiệm sau: Bề mặt sảm phẩm ( ) Độ dày tấm đẩy 5 12 10 15 25 20 50 30 100 50
Kích thƣớc của chốt đẩy phụ thuộc và sản phẩm, nhƣng đƣờng kính phải lớn hơn 3mm trừ phi điều đó cần thiết cho hình dạng của sản phẩm.
Các bộ phận trong hệ thống đẩy: Các chốt đẩy tròn, lƣỡi đẩy, các ống đẩy, thanh đẩy, tấm tháo, các van đẩy, sự đẩy cuống phun - kênh nhựa, sự đẩy kép…
Hình 3.7. Một số loại chốt đẩy.
GVHD: ThS Thân Văn Thế 29 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang Hình 3.9. Tấm đẩy.
- Hệ thống chốt hồi
Hồi khuôn tự động: Sau khi đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn dƣới tác dụng đàn hồi của lò xo lắp trên các chốt hồi khuôn toàn bộ hệ thống đẩy sẽ chuyển động về vị trí ban đầu chuẩn bị cho chu kỳ ép tiếp theo.
Hồi khuôn cƣỡng bức: Sau khi sản phẩm ra khỏi lòng khuôn, thớt khuôn sẽ chuyển động dần về phía chốt tĩnh để lòng khuôn. Hệ thống chốt hồi tỳ vào mặt thớt tĩnh đƣa toàn bộ hệ thống chày đẩy về vị trí ban đầu, chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo.
Hình 3.10. Chốt hồi trên khuôn.
Yêu cầu kỹ thuật :
Số lƣợng và vị trí của chốt hồi khuôn phải bố trí sao cho cân xứng, đảm bảo hệ thống bàn đẩy di chuyển dễ dàng không bị kẹp.
Các lỗ và chốt đƣợc doa tinh và mài nhằm đảm bảo hệ thống di chuyển nhẹ nhàng khi làm việc và không cho nhựa chui vào khe hở giữa lỗ và chốt.
Hệ thống cấp nhựa
Mục đích của cuống phun, kênh nhựa, và các hệ thống cổng phun nhựa là dẫn vật liệu chảy đều với nhiết độ và áp suất tối thiểu giàm dần tới mỗi lòng khuôn. Điều này có nghĩa là áp suất lại điểm cuối của mỗi cổng nhựa la bằng nhau, nó đúng cho tất cả các lòng khuôn, tổng lƣợng chảy có thể khác ở mỗi long khuôn, nhƣng trong một nhánh đƣợc thiết kế chinh xác, thì sự điền đầy vào lòng khuôn sẽ hoàn toàn khác nhau trong cung một thời gian do đó bƣớc đầu tiên trong thiết kế lòng khuôn là bố trí sắp đặt dòng chảy bằng nhau, mỗi dòng chảy tỉ lệ với mỗi long
GVHD: ThS Thân Văn Thế 30 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang
khuôn sao cho tất cả các lòng khuôn đƣợc điền đẩy nhƣ nhau trong cùng một thời gian. Nếu tất cả các lòng khuôn là nhƣ nhau thì sẽ làm giảm áp suất từ cuống phun tới mỗi đầu ra của cổng nhựa.
Hình 3.11. Hệ thống cấp nhựa.
Yêu cầu kỹ thuật:
Bố trí sắp đặt dòng chảy bằng nhau mỗi dòng chảy tỷ lệ với lòng khuôn sao cho tất cả các lòng đƣợc điền đầy nhƣ nhau thì sẽ làm giảm giá trị bằng lƣợng giảm áp suất từ cuống phun tới mỗi đầu ra của cổng nhựa.
Hệ thống cấp nhựa bao gồm: Cuống phun, kênh nhựa, cổng nhựa (miệng phun).
- Cuống phun
Cuống phun là chỗ nối giữa vòi phun của máy phun và kênh nhựa. Có rất nhiều kiểu cuống phun, đơn giản nhất là cuống phun dùng cho một tấm.
Đƣờng kính của cuống phun ở vị trí giao với hệ thống rãnh dẫn chính tối thiểu phải bằng hoặc lớn hơn đƣờng kính hoặc độ sâu của rãnh.
Kích thƣớc của cuống phun phụ thuộc chủ yếu kích thƣớc của sản phẩm và đặc biệt là bề dày của sản phẩm và vật liệu sẽ sử dụng. Sự tạo thành các bạc cuống phun cũng luôn thay đổi với các điều kiện trên. Cuống phun sẽ nguội cùng sản phẩm.
Việc sử dụng cuống phun có dạng lõi hình chóp có ƣu điểm là có thể đạt đƣợc áp lực cuối, nhƣ vậy nó có thể tránh đƣợc hiện tƣợng lõm sản phẩm. Nhƣợc điểm của nó là khi tách nó ra khỏi sản phẩm cần phải có nguyên công riêng.
Trên thực tế, ngƣời ta ít gia công lỗ cuống phun liền trên khuôn (trừ những khuôn đơn giản) mà sử dụng bạc cuống phun để thuận tiện cho việc gia công và thay thế.
Tùy thuộc vào khối lƣợng sản phẩm, kích thƣớc kênh dẫn và đƣờng kính của vòi phun trên máy phun mà ta chọn loại bạc cuống phun cho phù hợp.
GVHD: ThS Thân Văn Thế 31 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang Hình 3.12. Vị trí cuống phun.
Bạc cuống phun đƣợc dùng chung khi sử dụng và đƣợc tiêu chuẩn hóa nhƣng nó cần đƣợc nghiên cứu với các loại sản phẩm khác. Bạc cuống phun đƣợc tôi cứng để không bị vòi phun của máy làm hỏng, kích thƣớc của bạc cuống phun đƣợc tiêu chuẩn hóa.
Hình 3.13. Bạc cuống phun trên khuôn.
Cuống phun sẽ đƣợc đẩy rời cùng lúc với sản phẩm, do đó trên tấm di động cần có bộ phận kéo cuống phun ở lại để cuống phun có thể rời khỏi bạc cuống phun. Thêm vào đó, ngƣời thiết kế có thể lợi dụng phần nhựa để giữ cuống phun làm đuôi nguội chậm, nhờ đó quá trình điền đầy lòng khuôn tốt hơn.
a b
c d
Hình 3.14 – a) Dạng cuống phun được kéo nhờ côn ngược (tốt). b) Dạng cuống phun hình chữ Z (tốt).
c) Dạng cuống phun được kéo bằng rãnh vòng (ít dùng). d) Dạng cuống phun được kéo nhờ chốt đẩy đầu bi (ít dùng).
GVHD: ThS Thân Văn Thế 32 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang
- Kênh nhựa
Kênh nhựa là đoạn nối giữa cuống phun và miệng phun. Kênh nhựa phải đƣợc thiết kế ngắn nhất sao cho có thể nhanh chóng điền đầy lòng khuôn mà không bị mất nhiều áp lực. Kích thƣớc của kênh nhựa phải đủ lớn để vận chuyển nhựa điền đầy và lòng khuôn.
Hình 3.15. Tiết diện ngang một số loại kênh dẫn.
Yêu cầu kỹ thuật:
Đảm bảo vật liệu điền đầy khuôn dễ dàng.
Giấu đƣợc vết cắt rãnh nhằm đảm bảo mỹ quan cho sản phẩm.
Tránh dẫn trực tiếp vào các bề mặt làm việc của chi tiết gây ảnh hƣởng xấu đến khả năng làm việc sau này.
Tùy vào từng loại khuôn mà ta thiết kế tiết diện kênh dẫn cho phù hợp. Mặc dù loại kênh dẫn có tiết diện ngang hình tròn là tốt nhất, nhƣng giá thành chế tạo rất cao nên trong thực tế ngƣời ta thƣờng dùng loại tiết diện hình thang hiệu chỉnh hoặc hình thang vì dễ gia công và giá thành thấp.
Khuôn ba tấm thƣờng dùng kênh dẫn có tiết diện hình thang vì ở loại khuôn này, mặt phân khuôn dễ bị lệch nếu dùng kênh dẫn có tiết diện hình tròn.
Kích thƣớc của kênh dẫn:
Việc tính toán để có đƣợc đƣờng kính và chiều dài kênh dẫn hợp lý là rất quan trọng, vì khi một kênh dẫn quá lớn hay quá dài sẽ làm cản trở dòng chảy và gây ra: mất áp trên chính nó, tốn nhiều vật liệu và làm tăng thời gian chu kỳ. Do đó ta nên thiết kế kênh dẫn với kích thƣớc ở mức nhỏ nhất có thể, để lợi dụng nhiệt ma sát trên nó gia nhiệt cho nhựa lỏng giúp quá trình điền đầy lòng khuôn thuận lợi hơn và sản phẩm ít bị quá nhiệt.
GVHD: ThS Thân Văn Thế 33 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang
Ngoài ra có thể tính kích thƣớc kênh dẫn theo công thức: D = (W1/2. L1/4) / 3,7
Trong đó:
D : đƣờng kính kênh dẫn (mm). W : khối lƣợng sản phẩm (mm). L : chiều dài kênh dẫn (mm). Hoặc:
D = Dtk.fL Trong đó:
Dtk: đƣờng kính kênh dẫn tham khảo. fL: hệ số chiều dài.
Ta có thể dùng đồ thị sau để xác định hai hệ số này:
Hình 3.17. Quan hệ giữa khối lượng và bề dày danh nghĩa của sản phẩm với đường kính kênh dẫn tham khảo.
Kích thƣớc kênh dẫn chính:
Mỗi lần rẽ nhánh thì đƣờng kính kênh dẫn nên nhỏ hơn đƣờng kính kênh dẫn chính một chút vì sẽ kinh tế hơn do tốn ít vật liệu cho hệ thống kênh dẫn.
Công thức tính đƣờng kính kênh dẫn chính: Dc = Dn . N1/3 Trong đó: Dc : đƣờng kính kênh dẫn chính. Dn: đƣờng kính kênh dẫn nhánh. N : số nhánh rẽ.
Đuôi nguội chậm trên kênh dẫn và cuống phun:
Để phần vật liệu ở chỗ rẽ nhánh không bị đông đặc sớm gây nghẽn dòng, ta nên thiết kế thêm đuôi nguội chậm. Đuôi nguội chậm sẽ giúp quá trình điền đầy nhanh và tốt hơn.
GVHD: ThS Thân Văn Thế 34 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang Hình 3.18. Kích thước thiết kế đuôi nguội chậm
- Miệng phun
Miệng phun là cửa nối giữa kênh dẫn và lòng khuôn, miệng phun trực tiếp đƣa nhựa lỏng điền đầy lòng khuôn vì thế việc tính toán kích thƣớc và bố trí miệng phun có ý nghĩa quyết định đến chất lƣợng sản phẩm.
Hình 3.19. Miệng phun trên khuôn.
Miệng phun cắt bằng tay:
Là loại miệng phun dính theo sản phẩm sau khi ép phun. Ta dễ dàng nhận ra các sản phẩm nhựa có miệng phun cắt bằng tay qua vết cắt còn lại trên bề mặt của chúng. Do đó, với loại miệng phun này nên thiết kế kích thƣớc nhỏ nhất có thể để đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm.
Sử dụng miệng phun cắt bằng tay trong trƣờng hợp: sản phẩm cần miệng phun lớn, giúp điền đầy tốt, sản phẩm làm bằng vật liệu ít bị biến dạng, cần tiết diện rộng để phân phối lƣu lƣợng đồng thời, nhờ đó phân tử sợi đạt đƣợc sự định hƣớng đặc trƣng. Miệng phun cắt bằng tay bao gồm các loại sau:
+ Miệng phun trực tiếp:
Thƣờng dùng cho các khuôn có một lòng khuôn, vật liệu đƣợc điền đầy vào khuôn một cách trực tiếp mà không qua hệ thống kênh dẫn. Chính vì điều này mà áp mất đi rất nhỏ trong quá trình điền đầy. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của miệng phun loại này là vết cắt để lại rất lớn. Sự co rút đƣợc quyết định bởi bề dày sản phảm và đƣờng kính miệng phun. Điển hình là sự co rút của phần nhựa gần miệng phun sẽ nhỏ và tại miệng phun sẽ lớn, gây nên ứng suất căng gần miệng phun lớn.
GVHD: ThS Thân Văn Thế 35 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang Hình 3.20. Miệng phun trực tiếp và vết cắt của nó trên sản phẩm.
Kích thƣớc khuyên dùng khi thiết kế miệng phun trực tiếp:
Hình 3.21. Kích thước thiết kế miệng phun trực tiếp.
+ Miệng phun kiểu băng:
Thƣờng dùng để làm giảm ứng suất trong lòng khuôn và ngăn ngừa lỗi tạo đuôi cho các chi tiết phẳng và mỏng. Ứng suất sinh ra tập trung ở băng và đƣợc cắt bỏ sau khi ép phun.
Miệng phun kiểu băng thích hợp dùng cho các loại nhựa: PC, ABS, SAN …
GVHD: ThS Thân Văn Thế 36 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang
Kích thƣớc khuyên dùng cho thiết kế:
Hình 3.23. Kích thước cho miệng phun kiểu băng.
+ Miệng phun cạnh:
Là loại miệng phun thông dụng, có thể dùng cho nhiều loại sản phẩm bởi kết cấu rất đơn giản và không cần độ chính xác cao. Miệng phun kiểu cạnh đƣợc đặt lên mặt phân khuôn và điền đầy lòng khuôn từ bên hông hay bên dƣới.
Hình 3.24. Miệng phun kiểu cạnh và vết cắt của nó trên sản phẩm.
+ Miệng phun kiểu gối:
Lợi miệng phun này tƣơng tự với miệng phun kiểu cạnh, chỉ khác nhau ở chỗ là miệng phun nằm lấp trên bề mặt sản phẩm.
GVHD: ThS Thân Văn Thế 37 Sinh viên: Nguyễn Văn Quang
+ Miệng phun kiểu quạt:
Miệng phun kiểu quạt thực chất là miệng phun cạnh có bề rộng bị biến đổi. Miệng phun này tạo dòng chảy êm và cho phép điền đầy lòng khuôn một cách