Hình 2.7. Dây chuyền tạo màng, tấm phẳng
Hình 2.9. Dây chuyền thổi mạng
Hình 2.10. Dây chuyền đùn định hình 2.1.7. Hoạt động của trục vít trong thiết bị đùn
Chức năng của mỗi vùng trong máy đùn phụ thuộc hình dạng máy đùn, đặc tính của nhựa, điều kiện hoạt động của máy. Ranh giới của các phần trên trục vít
không cố định nhưng ranh giới của các vùng chức năng có thể thay đổi theo tính chất của nhựa vì điều kiện hoạt động của máy đùn.
a. Vận chuyển vật liệu rắn
Vật liệu sẽ di chuyển trong phễu cấp liệu và dọc theo phương bán kính của trục vít. Trong phễu cấp liệu, vật liệu di chuyển do tác dụng của trọng lực. Dọc theo trục vít lực ma sát tác động lên nhựa. Trong vùng vận chuyển vật liệu rắn, vùng nóng chảy và vùng vận chuyển vật liệu nóng chảy, vật liệu vận chuyển được cũng theo cơ chế này.
Khi vật liệu gồm hạt có kích thước lớn, nhỏ, hạt nhỏ tách khỏi các hạt lớn, tạo nên dòng chảy không ổn định. Điều này gây ra độ bất ổn định ở đầu ra của máy đùn. Với các vật liệu khó thao tác: phân bố kích thước hạt trong một vùng rộng, mật độ khối thấp, máy đùn cần phải cải tiến để hoạt động có hiệu quả - đường kính vùng cấp liệu lớn hơn ở vùng xếp đặt hoặc dùng phễu cấp liệu có vít tải. Trong một số trường hợp có thể dùng vùng cấp có rãnh xoắn.
Do lực ma sát nhựa sẽ vận chuyển dọc theo chiều dài của trục vít. Khi trục vít quay sẽ sinh ra hai loại lực ma sát khác nhau là ma sát giữa nhựa và trục vít và ma sát giữa nhựa và thành máy đùn.
Hình 2.11. Ma sát của trục vít trong quá trình làm việc
Thực ra để đẩy vật liệu tiến lên phía trước là do lực ma sát tại thành máy đùn. Nếu thành máy đùn không có ma sát, vật liệu sẽ rơi vào các rãnh của trục vít và chỉ có chuyển động tròn. Do đó ma sát trên thành máy đùn là điều kiện cần để vận chuyển vật liệu lên phía trước. Không có ma sát sẽ không có vận chuyển.
Để tăng hiệu quả vận chuyển, ngoài tăng ma sát của thành máy đùn, còn có thể giảm ma sát trên trục vít. Thực hiện bằng cách: thiết kế trục vít thích hợp, nhiệt độ trục vít, vật liệu làm trục vít. Giảm ma sát trục vít có thể thực hiện bằng việc đốt nóng bên trong trục vít (dùng dầu để trao đổi nhiệt). Một cách khác, đặt bộ phân gia nhiệt bên trong trục vít. Xử lý hoặc phủ một lớp kim loại khác lên bề mặt trục vít có thể giảm ma sát bề mặt.
b. Nóng chảy
Nóng chảy trong máy đùn xảy ra khi nhựa đạt đên nhiệt độ nóng chảy. Có hai dạng nóng chảy xảy ra trong máy đùn: Nóng chảy tiếp giáp và nóng chảy phân tán
- Nóng chảy tiếp giáp: Các hạt rắn bị nén chặt, quay dọc theo chiều dài của kênh trục vít. Một lớp nhựa nóng chảy mỏng hình thành giữa các hạt rắn và thân máy đùn. Nóng chảy thường xảy ra giữa bề mặt tiếp xúc pha giữa hạt rắn và màng nhựa nóng chảy.
Hình 2.12. Nóng chảy tiếp giáp trong máy máy đùn trục vít đơn
Nhựa tiếp tục nóng chảy được thu vào trong màng nhựa, nhưng bị đẩy ra, ép vào cánh trục vít đang hoạt động. Kiểu này thường thấy với máy đùn đơn trục vít.
- Nóng chảy phân tán: Các hạt rắn phân tán trong một môi trường nóng chảy. Chúng giảm kích thước cho đến khi chảy hoàn toàn. Kiểu nóng chảy này thường thấy trong máy đùn hai trục vít, máy đùn đơn trục phối trộn. Theo chiều dài của trục, nóng chảy xảy ra ởđiểm 1 – 2D. Trong máy đùn đơn trục chiều dài này là 10- 15D
Hình 2.13. Nóng chảy phân tán trong máy máy đùn trục vít đơn
Trong máy đùn đơn trục vít, vùng vận chuyển và nóng chảy của vật liệu khoảng 15-20D. Điều này có nghĩa trong máy đùn đơn trục vít không nhiều khoảng trống cho viêc vận chuyển nóng chảy, trộn và tách khí. Nếu tách khí, chiều dài của máy đùn phải 30-35D. Trong máy đùn hai trục vít, vùng vận chuyển và nóng chảy vật liệu chỉ có thể rộng đến 5-6D. Nếu máy đùn hai trục vít dài 30D, có nghĩa vẫn còn không gian cho trộn, tách khí, phản ứng hoá học. Do đó máy đùn hai trục sủ dụng linh hoạt hơn máy đùn đơn trục.
Chiều dày của màng nóng chảy rõ ràng là một thông số quan trọng trong quá trình nóng chảy. Màng nóng chảy mỏng là quan trọng để duy trì hiệu suất nóng chảy cao. Khi màng nóng chảy mỏng, sẽ tạo ra nhiệt nhớt cao trong màng nóng chảy và nhiệt từ thành máy đùn truyền đến khối vật liệu rắn nhanh chóng hơn. Chiều dày ban đầu của màng nóng chảy là khoảng hở của cánh trục vít. Khoảng hở càng lớn, màng nóng chảy càng dày. Trục vít hay thành máy đùn bị mòn sẽ làm tăng khoảng hở, sẽ ảnh hưởng không tốt đến quá trình nóng chảy của nhựa và hoạt động chung của máy đùn.
Khi tăng nhiệt độ thành xylanh, nhựa được cấp nhiều nhiệt để nóng chảy. Nhiệt độ cao, độ nhớt của màng nhựa nóng chảy, sinh nhiệt nhớt giảm. Nếu giảm sinh nhiệt nhớt nhiều hơn nhiệt thân máy đùn thì hiệu ứng tổng cộng là giảm tốc độ nóng chảy. Điều này nghe có vẻ không đúng. Tuy nhiên, khi tốc độ trục vít cao, nhiệt sinh ra chủ yếu là nhiệt nhớt.
Góc xoắn của cánh trục vít ảnh hưởng lớn đến hiệu quả nóng chảy. Khi góc tăng, để nóng chảy hoàn toàn, chiều dài nóng chảy trên trục giảm. Hiệu quả nóng chảy cao nhất khi góc nghiêng 90 độ. Góc nghiêng này tốt cho việc nóng chảy
2.2. Đặc điểm cấu tạo một số thành phần chính của máy đúc phun
Đúc-phun là phương pháp thường gặp nhiều nhất trong công nghệ gia công chất dẻo. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp đúc-phun chủ yếu bao gồm các giai đoạn sau đây: Nấu chảy nguyên liệu chất dẻo dưới dạng bột hay hạt. Nhựa nóng chảy được vận chuyển với vận tốc rất nhanh và được ép vào hốc khuôn với áp xuất thật cao, ngay sau đó vật thểđúc phun được làm nguội (đối với nhựa nhiệt dẻo), hay tự đông cứng lại ở nhiệt độ cao ( đối với nhựa chịu nhiệt ), sau đó vật thể đúc-phun dược tách rời ra khỏi khuôn. Tiến trình hoàn thành việc sản xuất một thành phẩm đúc-phun đòi hỏi phải hoàn toàn tự động và tạo nên một chu trình khép kín từ đầu dến cuối.
Đúc khuôn: năng suất cao, độ chính xác cao, tạo được sản phẩm có hình dạng phức tạp. Với nhựa nhiệt dẻo, 90% sử dụng đúc phun. Đúc phun liên quan đến 1/3 sản lượng nhựa tiêu thụđể gia công nhựa nhiệt dẻo.
Ngoài những đặc điểm trên, phương phép ép phun còn có những đặc điểm sau: - Sản phẩm gia công khá chính xác theo 3 chiều, vì được tạo hình trong khuôn kín.
- Quá trình nhựa hóa và tạo hình được thực hiện trong 2 giai đoạn riêng biệt, trong những bộ phận khác nhau của máy: nhựa hóa trong xylanh nguyên liệu và tạo hình trong khuôn đúc.
- Quá trình tạo hình chỉ tiến hành sau khi làm khít hai nửa khuôn lại với nhau. - Tùy theo loại nguyên liệu đúc, chếđộ nhiệt độ của khuôn đúc khác nhau. Đối với nhựa nhiệt dẻo nhiệt độ của khuôn thấp hơn nhiệt độ nhựa lỏng. Đối với nhựa nhiệt rắn, nhiệt độ khuôn cao hơn nhiệt độ của nhựa lỏng.
- Vùng tạo hình của khuôn đã được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng lực của pittong đúc gián tiếp qua nhựa lỏng.
- Năng suất của phương pháp đúc dưới áp suất cao, tùy theo kích thước và hình dạng của sản phẩm chu kỳđúc có thể thay đổi từ mấy giây đến mấy chục phút.
- Gia công bằng phương đúc dưới áp suất tiết kiệm được nhiều nguyên liệu, đồng thời công đoạn hoàn tất cũng ít tốn thời gian.
- Quá trình đúc dưới áp suất không ổn định về nhiệt độ và áp suất.
Quá trình sản xuất ra sản phẩm có chất lượng cao, sản lượng tối đa và rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm là 2 vấn đề lớn của kỹ thuật công nghệ ép phun.
2.2.1. Máy đúc phun loại pittong
Thiết bị này nhựa được nóng chảy nhựa bằng cách cấp nhiệt từ thành, đẩy nhựa bằng pittong thuỷ lực. Loại này có nhược điểm: lượng nhựa phun nhỏ (<435cm3), khó điều chính lượng nhựa, nóng chảy và khuấy trộn kém, nhiệt nóng chảy phân bố không đều, thời gian lưu dài, phân bố thời gian lưu rộng, tổn thất áp suất cao.
Máy ép phun định hình bằng pittong gia nhiệt nguyên liệu bằng nhiệt điện. Nguyên liệu gần tường thì nóng hơn nguyên liệu gần trung tâm. Khó làm giảm nhiệt độ khi nguyên liệu nhựa nóng chảy. Các sản phẩm còn dư lại ép trong các bộ phận của khuôn, có thể gây rất khó khăn cho quá trình sản xuất ở các chu kỳ kế tiếp.
Ngày nay, máy ép phun định hình bằng pittong thường chỉ dùng sản xuất cho những sản phẩm có hiệu quảđặc biệt.
2.2.2. Máy đúc phun loại trục vít
Đây là một loại máy đúc sử dụng trục vít với trục vít chuyển động quay vòng và chuyển động tịnh tiến, ở đó nguyên liệu nóng chảy bởi nhiệt sinh ra do ma sát của những phân tử nhựa co sát với nhau trong quá trình vận hành. Máy đúc trục vít có ưu điểm là trộn tốt và nhanh hơn máy đúc pittong:
- Nguyên liệu được đốt nhanh và đều vì trong xylanh nguyên liệu, nguyên liệu vừa tạo thành các lớp mỏng, vừa được trộn liên tục.
- Thời gian lưu của nguyên liệu trong xylanh nguyên liệu ngắn hơn. - Cấu tạo máy gọn nhẹ là bộ phận nạp liệu.
- Tuy không đòi hỏi đong lường nhưng vật liệu đi vào máy khá đồng đều giúp cho việc bảo đảm áp suất đúc ổn định, chất lượng sản phẩm đồng đều.
- Lượng chất bốc hơi và không khí theo khuôn ít, do trong quá trình nhựa hóa các chất này thoát qua lớp vật liệu chưa nhựa hóa đến lỗ thoát khí thường được bố trí ở phiễu nạp liệu.
- Tổn thất áp suất trong vùng nguyên liệu trước trục vít ít, do chúng đã được đốt nóng đến trạng thái chảy nhớt.
- Máy đúc trục vít không tạo được áp suất lớn do có khe hở giữa răng vít và xylanh.
- Sự thay đổi lớn trong thiết kế máy điều khiển trực tiếp bằng máy tính, dễ dàng điều khiển tốc độ của hệ thống, áp lực và các thông tin khác. Đó là quá trình cải tiến xa, hiệu suất và sản phẩm đạt chất lượng.
Máy ép phun thực hiện chu trình ( không liên tục ) gia công vật thể chất dẻo từ nguyên liệu dưới dạng bột hay hạt. Nhiệt được cung cấp từ các vòng băng điện trở bọc vòng ngoài thành xy-lanh sẽ nấu chảy hạt nhựa, hệ thống thủy lực đẩy trục vít tịnh tiến về phía trước, nhựa nóng chảy được nạp theo lượng nhất định vào hốc khuôn, kếđến trục vít khởi động quay chung quanh trục của nó tạo nên áp xuất thật cao ép nhựa nóng chảy áp chặt vào bề mặt hốc khuôn.
Hệ thống thủy lực dẩy đơn vị ép-phun lùi về phía sau, hệ thống thủy lực đơn vị dóng-mở kéo phần nửa khuôn di chuyển rời xa khỏi phần nửa kia và thành phẩm được tách rời khỏi khuôn.
Hình 2.14. Các thành phần chính của máy ép phun
Cấu tạo máy ép phun gồm hai cụm lớn:
Cụm 1: Cụm nhựa hóa và đúc: Cụm nhựa hóa và đúc của máy ép phun gồm những bộ phận chính sau đây:
- Phiễu nạp liệu. - Xylanh nguyên liệu.
- Trục vít vừa làm nhiệm vụ nhựa hóa vừa giữ nhiệm vụ tạo áp suất đẩy nguyên liệu vào vùng tạo hình của khuôn đúc. Để thực hiện nhiệm vụ này, bộ phận truyền động của trục vít phải tạo được chuyển động xoay tròn và chuyển động tới lui.
- Đầu trục vít. - Đầu phun.
- Bộ phận truyền động.
Trong các bộ phận này, bộ phận quan trọng hơn cả là xylanh nguyên liệu (nhiệm vụ quan trọng của xylanh nguyên liệu là tạo bề mặt truyền nhiệt) và trục vít.
Cụm 2: Cụm đóng mở khuôn gồm có cơ cấu kẹp khuôn và đẩy sản phẩm injector. Cụm đóng mở khuôn phải đáp ứng hai yêu cầu cơ bản là:
- Kết cấu gọn nhẹ.
- Đảm bảo độ kín của khuôn, phải là ở giai đoạn áp suất cực đại. Bộ phận phụ trợ: gồm có hopper, máy nghiền, rô bốt lấy sản phẩm….
a. Cụm nhựa hóa và đúc
* Phiễu nạp liệu (hopper):Là một xylo đặt trên xylanh để chứa nguyên liệu, cấp liệu liên tục cho trục vít và xylanh. Nguyên liệu trong xylo được theo dõi và giữ cho nguyên liệu không được hạ đến mức thấp nhất gây ảnh hưởng đến hoạt động của máy. Ngoài ra, phiễu nạp liệu còn gắn thêm hệ thống sấy nguyên liệu.
Hiện nay có 2 loại hopper chính: hopper tròn, hopper vuông.
* Xylanh và băng gia nhiệt: Là một ống trụ thẳng vừa với trục vít. Xylanh được gắn các hệ thống điện trở gia nhiệt dọc theo chiều dài của nó và điều khiển nhiệt bằng các đầu dò nhiệt.
Hình 2.16. Băng gia nhiệt xy-lanh
1- Lớp vỏ trong cùng. 2- lớp cách ly. 3, 5- lớp sợi điện trở. 4, 6- lớp cách ly. 7- lớp vỏ kim loại. 8- lớp vỏ bọc ngoà. 9- ốc giữ. 10- chấu cấm điện
Xylanh nguyên liệu cấu tạo gồm hai lớp: Lớp bên ngoài chịu lực thường đúc bằng gang hoặc thép.Lớp trong thường đúc thép không gỉ chịu tác dụng ăn mòn hóa học và chống ăn mòn.
* Trục vít: Đây là một bộ phận rất quan trọng, vừa giữ nhiệm vụ nhựa hóa vừa tạo áp suất đẩy nguyên liệu vào khuôn tạo hình. Trục vít có hai chuyển động vừa quay tròn vừa tịnh tiến. Nhiệm vụ tải vật liệu và nhựa hóa được thực hiện bởi tác động quay tròn của trục vít. Nhiệm vụ tạo áp suất đẩy vật liệu ra khỏi xylanh nguyên liệu và lấy vật liệu được thực hiện bởi chuyển động tới lui của trục vít.
* Đầu phun: Được xem như bộ phận tiếp nối giữa phần đầu của xy-lanh và khuôn. Đầu phun được nối vào xy-lanh thông qua đĩa nối có ren vít hay thông qua
nắp đậy. Kênh dẫn nhựa nóng chảy bên trong đầu phun phải được thiết kế thích hợp với dòng chảy và mặt tiếp giáp giữa đầu phun với ống lót kênh nối của khuôn phải thật kín để tránh trường hợp nhựa lỏng chảy thoát ra ngoài.
Các dạng đầu phun thường thay đổi tùy theo khối lượng nhựa lỏng nạp vào khuôn. Người ta phân biệt ra hai dạng chính: Đầu phun mở và đầu phun đóng.
Hình 2.17. Dạng đầu phun đóng với van đóng mở bên trong
1- Đầu phun. 2 - Băng gia nhiệt. 3 - Đĩa chặn. 4- Lò-xo nén. 5 -thân van, 6- đầu nối vào xy-lanh
b. Cụm đóng mở khuôn
* Khuôn đúc: Khuôn là dụng cụ để định hình sản phẩm nhựa, nó được thiết kế chế tạo sao cho có thể được sử dụng cho một số lượng chu trình yêu cầu sản xuất. Kích thước và kết cấu khuôn phụ thuộc vào kích thước và hình dạng sản phẩm. Tùy theo số lượng sản phẩm, yêu cầu chất lượng sản phẩm cần sản xuất mà người ta thiết kế khuôn, độ chính xác khuôn cao, khuôn làm việc thủ công, bán tự động hoặc tựđộng.
Khuôn là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau, ởđó nhựa được phun vào, được làm nguội rồi đẩy sản phẩm.Sản phẩm được tạo hình giữa hai phần của khuôn ( khuôn di động, khuôn cố định), khoảng trống giữa hai phần đó được điền đầy bởi hơi nhựa và nó sẽ mang hình dáng và kích thước của sản phẩm.
Hình 2.18. Các phần cơ bản của khuôn đúc-phun
1- Ống lót dẫn hướng. 2- Chốt dẫn hướng. 3- Tấm lõi (phần nửa cốđịnh ). 4-