2.2 Tổng quan về công nghệ ép phun nhựa
2.2.3 Các loại khuôn ép sản phẩm nhựa
• Khuôn hai tấm
Khuôn ép nhựa hai tấm là một loại khuôn đơn giản gồm một mặt phân khuôn chia thành hai phần: phần cố định và phần di động.
Trong trường hợp khuôn hai tấm chỉ có một lòng khuôn, việc thiết kế kênh dẫn nhựa là không cần thiết. Thay vì vậy, nhựa sẽ được đổ trực tiếp vào lòng khuôn qua bạc cuống phun.
Tuy nhiên, với khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn, việc thiết kế kênh dẫn và xác định vị trí miệng phun trở nên rất quan trọng để đảm bảo nhựa được phân bố đều vào tất cả các lòng khuôn cùng một lúc. Trước khi tiến hành thiết kế khuôn hai tấm, phần mềm phân tích CAE được sử dụng để xác định vị trí tối ưu cho miệng phun.
Việc đảm bảo sự cân bằng dòng chảy của nhựa là yếu tố quan trọng, yêu cầu miệng phun phải được thiết kế thẳng hàng với các lòng khuôn. Tuy nhiên, khi thiết kế khuôn hai tấm với nhiều lòng khuôn, có thể gặp một số hạn chế đối với một số sản phẩm nhựa cụ thể. Để khắc phục vấn đề này, người ta sử dụng khuôn ba tấm hoặc khuôn có kênh dẫn nóng để đảm bảo dòng chảy nhựa đều và đầy đủ vào từng phần của khuôn.
26
Hình 2.19: Khuôn 2 tấm
• Các ưu điểm của khuôn hai tấm:
- Cấu trúc đơn giản hơn so với khuôn phun ép nhựa ba tấm điều này dẫn đến việc thiết kế và gia công khuôn trở nên dễ dàng hơn.
- Chi phí thấp do yêu cầu ít nguyên liệu hơn để gia công, và chu kỳ ép cũng nhanh hơn nhờ quy trình đơn giản.
- Dễ dàng trong việc lắp ráp, sửa chữa và bảo trì.
- Thuận lợi trong việc loại bỏ đuôi keo, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất.
• Các nhược điểm của khuôn hai tấm
- Quá trình tự động hóa bị hạn chế do thiếu hệ thống tự động cắt đuôi keo, vì vậy cần có nhân công để thực hiện công việc này. Điều này dẫn đến việc sản xuất hàng loạt hoặc sản phẩm khối không hiệu quả như khi sử dụng khuôn ba tấm.
- Khuôn hai tấm không phù hợp để sản xuất các sản phẩm có độ phức tạp cao vì không đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác và chi tiết phức tạp.
Tấm kẹp âm
Tấm kẹp dương Tấm đẩy
Tấm lói trên Bạc cuống phun
Tấm đỡ Vòng định vị
Bạc dẫn hướng Tấm khuôn dương Chốt dẫn hướng Tấm khuôn âm
Khe kẹp khuôn
Trụ đỡ Ty lói
Kênh làm nguội
Lõi
Lòng khuôn
Ty hồi
27
Hình 2.20: Cấu tạo khuôn 2 tấm.
1. Tấm kẹp trên: Thành phần này có chức năng giữ chặt phần cố định của máy ép nhựa. Trong hình vẽ, tấm kẹp trên có một phần nhô ra so với các tấm khuôn khác, và phần nhô này được sử dụng để kẹp khuôn.
2. Tấm khuôn âm: Đây là phần khuôn cố định trong quá trình ép nhựa.
3. Bạc cuống phun: Thành phần này dùng để dẫn nhựa chảy từ đầu phun của máy ép vào lòng khuôn. Đầu tiên, nhựa được dẫn qua các kênh dẫn nhựa trước khi vào khuôn.
4. Vòng định vị: được sử dụng để xác định vị trí của tấm khuôn so với thành máy ép. Điều này đảm bảo rằng đầu phun của máy ép nhựa được định vị chính xác so với bạc cuống phun tương ứng. Vòng định vị có hình dạng vòng tròn và cao hơn mặt trên của tấm kẹp trên, để đặt vào lỗ tương ứng trên máy ép.
5. Bulong lục giác: Bulong lục giác được sử dụng để cố định tấm kẹp trên và tấm khuôn âm với nhau.
6. Hệ thống làm mát: là phần quan trọng trong quá trình làm mát khuôn, đảm bảo rằng khuôn duy trì nhiệt độ ổn định trong khi gia nhiệt vật liệu nhựa ở nhiệt độ nóng chảy thấp.
7. Tấm khuôn dương: Tấm khuôn này là phần di động trong quá trình ép nhựa.
1 2 3 4 5
6
7
12 8 9
11 10 17
16 15
13 14
28
8. Tấm lót: được áp dụng để tăng độ cứng vững và ổn định cho phần khuôn di động, đặc biệt khi tấm khuôn dương quá mỏng.
9. Gối đỡ: Gối đỡ bao gồm hai tấm ở hai bên được ghép lại thành một cặp. Chúng hỗ trợ tấm khuôn dương và tạo ra không gian trống để đặt hệ thống đẩy sản phẩm.
10. Tấm giữ: đảm bảo hệ thống ty đẩy được giữ chặt để tránh trượt ra ngoài trong quá trình hoạt động của khuôn.
11. Tấm đẩy: được lắp vào lõi đẩy của máy ép nhựa và chịu trách nhiệm đẩy hệ thống ty đẩy.
12. Tấm kẹp dưới: Chức năng của tấm này là kẹp phần di động của máy ép nhựa.
13. Ty đẩy: Thành phần này có chức năng đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau quá trình ép.
14. Lò xo: có vai trò đẩy hệ thống đẩy trở về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kỳ ép tiếp theo.
15. Chốt hồi: Chốt hồi được sử dụng để hướng dẫn tấm kẹp và tấm đẩy di chuyển một cách tinh tế theo hướng đúng, ngăn chặn chúng trượt rangoài. Ngoài ra, chốt hồi cũng bảo vệ hệ thống ty đẩy khỏi việc uốn cong trong quá trình đẩy sản phẩm và lui về.
16. Bạc dẫn hướng: Bạc dẫn hướng giúp chốt dẫn hướng di chuyển và định vị một cách dễ dàng.
17. Chốt dẫn hướng: có chức năng định vị chính xác 2 phần di động và cố định của khuôn trong quá trình mở và đóng khuôn.
• Khuôn 3 tấm
Khuôn ép nhựa ba tấm bao gồm tấm khuôn âm, tấm khuôn dương và tấm khuôn giữ đuôi keo. Khi khuôn được mở, có một khe hở dành cho việc lấy sản phẩm ra và một khe hở để tách đuôi keo khỏi sản phẩm. Trên khuôn ba tấm, sản phẩm và đuôi keo tự động tách rời khi được lấy ra khỏi khuôn.
.
29
• Ưu điểm:
- Việc lựa chọn vị trí cổng phun trong khuôn 3 tấm khá dễ dàng.
- Khuôn 3 tấm cho phép sản xuất các sản phẩm có tính phức tạp.
- Quá trình tự động hóa trong khuôn ba tấm được tối ưu hơn so với khuôn hai tấm nhờ vào khả năng tách đuôi keo một cách dễ dàng.
• Nhược điểm:
- Giá thành chế tạo của khuôn ba tấm cao hơn đáng kể so với khuôn hai tấm.
- Vì cấu trúc phức tạp, quá trình lắp ráp và bảo trì khuôn ba tấm cũng trở nên phức tạp hơn.
- Khoảng cách giữa vòi phun và các rãnh khuôn trong khuôn 3 tấm khá dài, làm giảm áp lực phun nhựa vào khuôn.
Hình 2.21: Khuôn 3 tấm.
30
2.3 Tổng quan về bộ mẫu đo kiểm tra cơ tính của nhựa theo tiêu chuẩn ASTM:
ASTM còn được biết đến với tên viết tắt là “American Society for Testing and Materials”. Tổ chức này được thành lập do những nhà khoa học, kỹ sư hàng đầu nước Mỹ vào năm 1898. Tổ chức ASTM đóng vai trò vô cùng quan trọng toàn cầu về sản xuất, kinh doanh và hệ thống hướng dẫn thiết kế,… vì ASTM chuyên về nghiên cứu, sản xuất và phát triển hàng loạt các tiêu chuẩn cho hàng nghìn vật liệu, vật phẩm, quy trình, hệ thống và dịch vụ trên toàn thế giới. Là tổ chức có tầm ảnh hưởng lớn đối với các tổ chức tiêu chuẩn hóa khác trên thế giới. Tiêu chuẩn ASTM được xem như một tờ giấy thông hành cho một doanh nghiệp trong chiến dịch thương mại toàn cầu hóa.
Tiêu chuẩn ASTM giúp tăng cao sức cạnh tranh giữa các doanh nghiệp.
2.3.1 Đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638
• Khái niệm
Độ bền kéo là lượng tải trọng hoặc ứng suất được thí nghiệm bởi một vật liệu trước khi nó bị tác dụng 1 lực kéo căng và đứt. Vì thế, độ bền kéo là tính chống lại lực căng của vật liệu do tải trọng cơ học tác dụng lên vật liệu. Độ chống phá vỡ dưới tác dụng của ứng suất kéo là một trong những đặc tính quan trọng nhất và được đo lường rộng rãi trên vật liệu được sử dụng cho tính toán kết cấu. Hiện nay, độ bền kéo được đo kiểm bằng đơn vị N/mm2.
• Mục đích của phương pháp đo độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 Tiêu chuẩn ASTM D638 chỉ được áp dụng cho mẫu đo có độ dày từ 1 mm đến 14 mm. Kiểm tra độ bền kéo của nhựa theo tiêu chuẩn ASTM D638 là một phương pháp thử nghiệm được áp dụng rộng rãi và vô cùng quan trọng. Bởi đơn giản là đo lực tác động cần thiết để kéo một mẫu thử đến điểm đứt của nó, để xác định một số đặc tính vật liệu quan trọng nhất về khả năng bền kéo, biến dạng khi đứt và module đàn hồi của vật liệu. Dữ liệu trên cho phép cả kỹ sư thiết kế sản phẩm và người quản lý chất lượng dự đoán được chính xác hiệu suất của các sản phẩm của họ trong các ứng dụng. Thông tin này vô cùng quan trọng để phát triển các sản phẩm mới, đảm bảo
31
tuân thủ theo các tiêu chuẩn của ngành hoặc chính phủ, cải tiến quá trình sản xuất và giảm tối đa chi phí.
• Mẫu thử khả năng bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638
Theo tiêu chuẩn ASTM D638, có năm mẫu thử được phép dùng, sự khác biệt giữa các mẫu này phụ thuộc vào độ dày của mẫu và vật liệu có sẵn.
Để thuận tiện trong việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng, nhóm tác giả đã chọn mẫu thử độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 loại IV. Được sử dụng kiểm tra đo nhựa dẻo, chiều dài là 165mm, chiều rộng là 19mm, có độ dày 3.2mm.
Hình 2.22: Mẫu thử độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASMT D368.
2.3.2 Đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790
• Khái niệm
Độ bền uốn là khả năng của vật liệu trong việc chống đối sự tác động đồng thời của lực kéo và lực nén.
Trong lĩnh vực cơ khí, chế tạo máy và công nghệ vật liệu, độ bền uốn, còn được gọi là điểm cong vênh, là một thuật ngữ thông dụng để chỉ trạng thái của vật liệu khi nó chịu ứng suất uốn và bị hạn chế trong việc cong vênh. Trước khi đạt đến giới hạn uốn, vật liệu sẽ trở nên co dãn và khôi phục trạng thái ban đầu khi tải trọng được gỡ bỏ. Tuy nhiên, khi vượt qua điểm cong vênh, gõ bỏ tải trọng vật liệu sẽ không quay lại được trạng thái ban đầu và bị biến dạng vĩnh viễn.
32
Phương pháp đo độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790 có mục đích sau:
Nguyên lý hoạt động: Mẫu thử được đặt trên hai vật hỗ trợ. Áp dụng một lực tại trung tâm của mẫu với tốc độ không đổi, làm cong mẫu cho đến khi xuất hiện các vết nứt trên bề mặt hoặc đạt đến phần biến dạng lớn nhất là 5%. trong suốt lúc thử nghiệm, lực và độ cong của mẫu tại điểm áp dụng lực được đo và ghi lại.
Mục đích thực nghiệm: ASTM D790 là một trong những thông số kỹ thuật được ứng dụng phổ biến nhất trong ngành phun ép nhựa. Thực nghiệm này đo độ bền uốn và module uốn của chất dẻo gia cường và chất dẻo không gia cố. Những tính toán này liên quan đến độ cứng của vật liệu và cho phép tác giả chọn vật liệu không bị uốn cong khi chịu tải trọng mà tác giả yêu cầu cho ứng dụng của mình. Thực nghiệm sử dụng trên một máy thử nghiệm đa năng và 1 vật cố định uốn cong 3 điểm để uốn các thanh thử nghiệm bằng nhựa để thu thập dữ liệu cần thiết để thực hiện cho quá trình tính toán.
• Mẫu thử độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790.
Mẫu ASTM D790 có hình dạng là hình chữ nhật. Theo tiêu chuẩn ASTM D790, các mẫu đo có chiều rộng là 12,7mm, chiều dài là 120mm và độ dày của mẫu đo là 4mm.
Hình 2.23: Mẫu thử độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790.
33
2.3.3 Đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256
• Khái niệm
Độ bền va đập của vật liệu nhựa được đánh giá thông qua thử nghiệm trên thiết bị Charpy, dùng một con lắc dao để gây vỡ mẫu nhựa được kẹp chặt ở cả hai đầu.
Thí nghiệm này đo lường khả năng chống lại tải trọng và quan trọng trong việc đánh giá tính chất cơ học của vật liệu nhựa.
• Mục đích phương pháp đo độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256 Thử nghiệm độ dai va đập là một phép thử nhanh chóng để xác định khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu trong quá trình gãy vỡ. Khả năng hấp thụ năng lượng này giúp xác định tính dẻo của vật liệu nhựa và cung cấp thông tin về sự chuyển đổi giữa trạng thái giòn và dẻo theo nhiệt độ. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì quy trình chuẩn bị và thực hiện đơn giản, cho kết quả nhanh chóng và có chi phí thấp.
• Mẫu thử độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256
Tiêu chuẩn ASTM D256 quy định hai loại mẫu thử được sử dụng trong thử nghiệm độ dai va đập là: mẫu có rãnh V và mẫu không có rãnh V, mỗi loại có kích thước cụ thể được quy định để thực hiện thử nghiệm.
Hình 2.24: Mẫu thử độ dai va đập theo tiêu chuẩn ASTM D256
34
2.3.4 Đo khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn ASTM UL94
• Khái niệm
- Tiêu chuẩn chống cháy UL94 là một tiêu chuẩn quốc tế được phát triển bởi tổ chức Underwriters Labortories (UL) tại Hoa Kỳ để đánh gía tính chất chống cháy của vật liệu nhựa. Tiêu chuẩn UL chủ yếu áp dụng cho các vật liệu nhựa và nhựa composite được sử dụng trong các ứng dụng điện tử, điện, điện tử gia dụng và các sản phẩm công nghiệp khác. Tiêu chuẩn chống cháy UL94 có ảnh hưởng đến việc đảm bảo an toàn cùng với chất lượng của sản phẩm, đồng thời là một trong những thước đo cho các vật liệu sản xuất, xây dựng.
• Mục đích của phương pháp đo khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn ASTM UL94.
- Tiêu chuẩn chống cháy UL xác định các vật liệu nhựa thí nghiệm sẽ cháy - dưới tác động của ngọn lửa. Sau đó đánh giá khả năng chống cháy bằng - cách xem xét các thông số sau:
- Thời gian cháy (Burn time): Đo lường thời gian mà mẫu nhựa cháy sau khi - ngon lửa không còn tiếp xúc với nó.
- Tốc độ cháy (Burn rate): Đánh giá tốc độ lan truyền của lửa qua mẫu nhựa.
- Khả năng tự dập lửa ( Self-extinguishing): Xác định xem lửa có tự dập tắt - khi nguồn lửa bị loại bỏ hay không.
• Mẫu thử đo khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn ASTM UL94:
-
Hình 2.25: Mẫu thử đo khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn ASTM UL94