c) Đúc áp lực thấp (Low pressure die casting)
2.2.2 Khuơn ép phun (Injection Molding)
Ép phun là quá trình trong đĩ nhựa được gia nhiệt đến trạng thái chảy dẻo cao và được ép vào lịng khuơn dưới áp suất cao, sau đĩ đơng đặc tạo thành chi tiết. Phương pháp này tạo ra chi tiết gần như chính xác theo yêu cầu, chu kỳ sản xuất nhanh từ 10 đến 30 giây. Cĩ thể sử dụng một hoặc nhiều lịng khuơn, do đĩ năng suất đạt được rất cao.
Phương pháp cho phép tạo ra các chi tiết hình dạng phức tạp. Khĩ khăn của phương pháp này chính là cần tạo ra được bộ khuơn cĩ lịng khuơn giống hình dạng chi tiết cần làm và phải đảm bảo điều kiện tách khuơn và lấy chi tiết. Trọng lượng chi tiết của khuơn trong khoảng từ 50 g đến 25 kg tùy vào khả năng của thiết bị. Chi phí gia cơng khuơn rất đắt tiền nên phương pháp này đặc biệt phù hợp cho sản xuất sản lượng lớn. Vật liệu chủ yếu sử dụng là nhựa nhiệt dẻo, một vài nhựa nhiệt rắn và nhựa đàn hồi cũng cĩ thể dùng nhưng cần lưu ý điều kiện tách khuơn, lấy chi tiết. Hình 2.31 minh hoạt máy ép phun nhựa dạng trục vít, bao gồm hai bộ phận:
(1) Bộ phận phun nhựa (2) Bộ phận kìm giữ.
Bộ phận phun nhựa ngồi cấu tạo rất giống trục vít đùn ở phương pháp đùn cịn cĩ thể di chuyển nhanh dọc trục một khoảng nhỏ để ép và phun dịng nhựa vào trong lịng khuơn. Van một chiều ở gần đầu trục vít ngăn cản dịng nhựa di chuyển ngược dọc theo cánh vít.
Bộ phận kìm giữ cĩ ba chức năng:
(1) Giữ chính xác vị trí hai nửa khuơn thẳng hàng với nhau,
(2) Giữ kín khít hai nửa khuơn, chống lại lực ép phun từ phía trục vít, trong suốt quá trình phun,
(3) Mở và đĩng khuơn theo chu kỳ sản phẩm. Thơng thường sử dụng xy lanh thủy lực để truyền lực cho bộ phận này. Lực kẹp cĩ thể lên đến vài nghìn tấn trên các máy ép lớn.
Hình 2.31 Máy ép phun nhựa dạng trục vít
Chu kỳ ép phun nhựa nhiệt dẻo được minh họa theo Hình 2.32 gồm: (1) Đĩng khuơn: Tấm khuơn động đĩng lại và được giữ chặt.
(2) Phun keo: Keo đã được gia nhiệt đủ và đạt trạng thái lỏng, được trục vít vận chuyển đến khu vực đầu phun, sau đĩ được phun vào lịng khuơn với áp suất
cao. Nhựa bị làm nguội và hĩa rắn khi tiếp xúc với bề mặt lịng khuơn. Áp suất ép được duy trì giúp liên tục bổ sung keo nhựa vào lịng khuơn bù cho lượng thể tích bị co rút trong suốt quá trình làm nguội.
(3) Lùi trục vít: Trục vít xoay và lùi lại, dưới sự hỗ trợ của van một chiều cho phép một lượng keo nhựa mới bổ sung vào khu vực đầu đùn để chuẩn bị cho lần phun tiếp theo. Đồng thời điểm này, quá trình đơng đặc diễn ra hồn tồn bên trong lịng khuơn.
(4) Mở khuơn: Tấm khuơn động lùi lại, khuơn mở ra, chi tiết được đẩy ra ngồi, kết thúc một chu kỳ sản phẩm.
Vì cĩ chuyển động khứ hồi của trục vít nên máy ép nhựa kiểu này cĩ tên gọi máy ép nhựa kiểu trục vít piston (reciprocating screw).
Hình 2.32 Quá trình ép phun nhựa
2.2.3 Khuơn thổi
Khuơn thổi được ứng dụng để tạo ra các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo dạng rỗng, khơng cĩ đường hàn, nối bên ngồi. Điển hình là các chai nước, thể tích đạt nhỏ nhất 5 mL và lớn nhất lên đến 38.000 L. Phương pháp này phù hợp cho sản xuất sản lượng lớn các sản phẩm chai lọ nhỏ, thành mỏng. Quá trình thực hiện gồm hai bước:
(1) Chế tạo phơi thổi (parison) bằng phương pháp đùn hoặc ép phun,
(2) Thổi phồng phơi đạt kích thước và hình dáng theo yêu cầu nhờ khuơn thổi. Tùy theo cách tạo phơi thổi và phương pháp thổi, cĩ ba cách tạo sản phẩm: khuơn đùn thổi, khuơn phun thổi và khuơn kéo giãn thổi.
Quá trình tạo hình bằng khuơn đùn thổi (Extrusion Blow Molding) được minh họa qua Hình 2.33 gồm 4 bước sau:
(1) Đùn ra phơi dạng ống (parison).
(2) Phơi đùn được ép chặt tại phần chốt thổi tại vị trí miệng chai và phần đáy chai được hàn gắn nhờ hai nửa khuơn đĩng lại.
(3) Giữ ở vị trí đĩng khuơn, thổi khí vào bên trong phơi đùn, phơi giãn nở tiếp xúc với tồn bộ bề mặt lịng khuơn, định hình nên hình dáng sản phẩm. (4) Ngưng cấp khí, rút chốt thổi, mở khuơn và lấy sản phẩm ra ngồi.
Hình 2.33 Quá trình đùn thổi
Quá trình tạo hình bằng khuơn phun thổi (Injection Blow Molding) được minh họa như Hình 2.33. Điểm khác biệt của phương pháp này là phơi thổi được tạo hình bằng phương pháp phun ép. Quá trình thực hiện qua như sau:
(1) Phơi thổi được tạo hình bằng phun ép, nhựa sau khi phun sẽ bọc lấy ống thổi và cĩ hình dạng theo khuơn phun ép.
(2) Mở khuơn phun ép, chuyển phơi thổi sang khuơn thổi, lúc này vật liệu vẫn đang ở trạng thái dẻo.
(3) Thổi khí vào phơi thổi khí vào bên trong phơi đùn, phơi giãn nở tiếp xúc với tồn bộ bề mặt lịng khuơn, định hình nên hình dáng sản phẩm.
(4) Ngưng cấp khí, rút chốt thổi, mở khuơn và lấy sản phẩm ra ngồi. So với phương pháp đùn thổi, phương pháp này ưu điểm hơn ở chỗ:
(1) Năng suất cao hơn,
(2) Độ chính xác kích thước của sản phẩm cao hơn, (3) Tỉ số gãy vụn thấp,
(4) Ít lãng phí vật liệu.
Đối với một số sản phẩm cĩ chiều sâu lớn, cần bổ sung một bước trung gian trước khi thổi để làm đồng đều sự kéo giãn của vật liệu. Ở Hình 2.35, bổ sung thêm bước số (2), ống thổi chuyển động đi xuống, kéo giãn phơi nhựa đang ở trạng thái dẻo, giúp cho khoảng cách từ phơi đến thành khuơn thổi ở bước (3) đồng đều hơn, chi tiết ít bị hỏng và biến dạng sau thổi.
Câu hỏi ơn tập Chương 2
1) Hãy kể tên, phân loại quá trình đúc.
2) Hãy mơ tả các bước cơ bản trong quá trình đúc khuơn cát.
3) Hãy liệt kê một số phương pháp điển hình đúc trong khuơn phá hủy.
4) Hãy liệt kê một số phương pháp điển hình đúc trong khuơn khơng phá hủy. 5) Nêu sự khác biệt giữa đúc khuơn mẫu cháy và khuơn mẫu chảy.
6) Giữa đúc trong khuơn kim loại buồng nĩng và buồng lạnh, phương pháp nào cĩ năng suất cao hơn, vì sao?
7) Nêu các lý do vì sao quá trình tạo hình vật liệu nhựa lại đĩng vai trị quan trọng. 8) Hãy phân loại các quá trình tạo hình vật liệu nhựa.
9) Hãy phân biệt quá trình đùn và quá trình ép phun. 10) Hãy trình bày cấu tạo của trục vít đùn.
Tài liệu tham khảo
[1] Metals Handbook, Vol. 15, Casting. ASM International, Materials Park, Ohio, 2008.
[2] Black, J, and Kohser, R. DeGarmo’s Materials and Processes in Manufacturing, 10th
ed. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2008.
[3] Amstead, B. H., Ostwald, P. F., and Begeman, M. L. Manufacturing Processes. John
Wiley & Sons, Inc., New York, 1987.
[4] Strong, A. B. Plastics: Materials and Processing, 3rd ed. Pearson Educational, Upper
Saddle River, New Jersey, 2006.
[5] Chanda, M., and Roy, S. K., Plastics Technology Handbook, 3rd ed., Marcel
Dekker, 1998.
[6] Harper, C., Handbook of Plastics, Elastomers, and Composites, 3rd ed., McGraw-
Hill, 1996.
[7] Osswald, T. A., Turng, L. S., and Gramann, P., Injection Molding Handbook, 2nd
Chương 3