Giáo trình Thiết kế khuôn mẫu (Nghề: Vẽ và thiết kế trên máy tính - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

(NB) Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Thiết kế khuôn mẫu phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Khuôn ép phun cho sản phẩm có ren; Máy ép phun và các thông số gia công; Xử lý khuyết tậ trên sản phẩm; Thực hành thiết kế khuôn. Mời các bạn cùng tham khảo!

Bài 4 Khuôn ép phun cho sản phẩm có ren Mục tiêu

- Nắm được những lưu ý khi thiết kế khuôn cho sản phẩm có ren;

- Nắm được kiến thức về một số cơ cấu trong khuôn cho sản phẩm có ren

- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập

Nội dung

4.1 Những lưu ý khi thiết kế sản phẩm có ren

 Bán kính chân ren và đỉnh ren nên lớn nhất đến mức có thể để tránh sự tập trung ứng xuất

Hình 4.1: Một số Profile ren thường dùng để thiết kế cho sản phẩm nhựa

 Đoạn hết ren nên làm tròn để tránh tuôn ren và hỏng ren

Hình 4.2: Làm tròn đoạn hết ren

 Khi cần thiết kế ren côn nên thiết kế để mối lắp ren được kín hơn

Hình 4.3: Ren côn

 Ta có thể dùng ren thẳng và vòng đệm để ngăn chất lỏng không bị rò rit

mà không phải thiết kế ren côn

Hình 4.4: Giải pháp không dùng ren côn

 Tránh thiết kế đoạn ren có bước ren nhỏ hơn 1mm (32 ren/inch) để tránh tuôn ren và dễ chế tạo khuôn

 Khi thiết kế ren nhựa lắp ráp với ren kim loại (thường thấy trong hệ thống ống nước), ta nên thiết kế dạng ren ngoài cho chi tiết bằng nhựa và ren trong cho chi tiết bằng kim loại để tránh ren kim loại làm hỏng ren nhựa

Hình 4.5: Thiết kế ren ngoài cho chi tiết nhựa

 Ren thiết kế cho sản phẩm nhựa đôi khi không theo một tiêu chuẩn nào để

có thể dễ chế tạo khuôn hơn

Hình 4.6: Ren phi tiêu chuẩn

4.2 Khuôn cho sản phẩm có ren trong

Đối với loại khuôn này ta có các phương pháp tháo ren sau:

a) Tháo ren cưỡng bức:

 Sản phẩm được đẩy rời khỏi khuôn nhờ lực đẩy của vành đẩy Cách tháo ren cưỡng bức chỉ phù hợp với những loại nhựa có độ đàn hồi cao, chính nhờ tính đàn hồi của nhựa mà sản phẩm bị đẩy ra sẽ không bị hỏng hay cong vênh Loại ren khuyên dùng cho cách tháo ren này là ren tròn

Hình 4.7: Tháo ren trong bằng lực cưỡng bức

b) Tháo ren bằng chốt gập (Collapsible core)

 Chốt gập dùng để tháo ren cho các sản phẩm nhỏ

Hình 4.8: Cấu tạo chốt gập và vị trí của nó trên khuôn

 Lắp chốt gập trên khuôn và nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống khuôn

Hình 4.9: Lắp chốt gập trên khuôn

Hình 4.10: Nguyên lý hoạt động của chốt gập trên khuôn

c) Tháo ren bằng thanh răng và bánh răng:

 Tháo ren bằng thanh răng – bánh răng cho phép tháo ren cùng lúc nhiều sản phẩm trên khuôn và đảm bảo ren có độ chính xác cao hơn hai phương pháp tháo ren trên Ngoài ra, cơ cấu tháo ren bằng thanh răng – bánh răng còn phù hợp với những sản phẩm có kích thước lớn trong sản xuất hàng loạt

Hình 4.11: Tháo ren trong bằng thanh răng – bánh răng được truyền lực bằng cơ

Hình 4.12: Tháo ren trong bằng thanh răng – bánh răng truyền lực bằng thủy lưc,

khí nén

Hình 4.13: Nguyên lý hoạt động của hệ thống tháo ren trong bằng thanh răng – bánh

răng truyền lực bằng thủy lưc, khí nén

d) Tháo ren bằng tay:

Phương pháp tháo ren bằng tay phù hợp với những sản phẩm nhỏ nhưng cần ren có độ chính xác cao Theo phương pháp này, sản phẩm sẽ được tháo ra khỏi lõi bằng tay và chỉ phù hợp với sản xuất đơn chiếc

Hình 4.14: Tháo ren trong bằng tay

4.3 Khuôn cho sản phẩm có ren ngoài

Hình 4.15: Một sản phẩm có ren ngoài

Đối với những sản phẩm có ren ngoài ta có thể dùng các phương pháp sau

b) Tháo ren cưỡng bức

Khi khuôn mở lõi sẽ được giữ ở tấm cố định và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ lực đẩy của chốt đẩy

Hình 4.17: Tháo ren ngoài bằng phương pháp cưỡng bức

c) Tháo ren bằng chốt nhả (Expandable cavity):

Chốt nhả dùng để tháo ren cho các sản phẩm có kích thước nhỏ

Hình 4.18: Tháo ren ngoài bằng chốt nhả

d) Tháo ren bằng bộ truyền bánh răng:

Hình 4.19: Tháo ren ngoài bằng bộ truyền bánh răng

Bài 5 Máy ép phun và các thông số gia công Mục tiêu

- Nắm được kiến thức cơ bản về các loại máy ép;

- Nắm được các thông số cũng như nguyên lý hoạt động của máy ép

- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập

Nội dung

5.1 Các kiến thức cơ bản về máy ép phun

5.1.1 Cấu tạo chung

Máy ép phun gồm các hệ thống cơ bản được minh họa trong hình 5.1

Hình 5.1: Máy ép phun

5.1.1.1 Hệ thống hỗ trợ ép phun (Injection press support system)

Hình 5.2: Hệ thống hỗ trợ máy ép phun

Là hệ thống giúp vận hành máy ép phun Bao gồm 4 hệ thống nhỏ:

 Thân máy ( Frame)

 Hệ thống thủy lực ( Hydraulic system)

 Hệ thống điện ( Electrical )

 Hệ thống làm nguội ( Cooling system )

Các hệ thống con trong hệ thống hỗ trợ máy ép phun:

a) Thân máy : Liên kết các hệ thống trên máy lại với nhau

b) Hệ thống thủy lực: Cung cấp lực để đóng và mở khuôn, tạo ra và duy trì

lực kẹp, làm cho trục vít quay và chuyển động tới lui, tạo lực cho chốt đẩy và

sự trượt của lõi mặt bên Hệ thống này bao gồm bơm, mtor, hệ thống ống,

thùng chứ dầu …

Hình 5.3: Hệ thống thủy lực

c) Hệ thống điện: Cấp nguồn cho motor điện ( electric motor ) và hệ thống

điều khiển cho khoảng chứa vật liệu nhớ các băng nhiệt ( heater band ) và đảm bảo sự an toàn điện cho người vận hành máy bằng các công tắc Hệ thống này

gồm tủ điện (electric power cabiner ) và hệ thống dây dẫn

Hình 5.4: Hệ thống điện

d) Hệ thống làm nguội: Cung cấp nước hay dung dịch ethyleneglycol…Để

làm nguội khuôn, dầu thủy lực và ngăn không cho nhựa thô ở cuống phễu (feed throat ) bị nóng chảy Vì khi nhựa ở cuống phễu bị nóng chảy thì phần nhựa thô phía trên khó chảy vào khoang chứa liệu Nhiệt trao đổi cho dầu thủy lực vào khoảng 90-120 0F Bộ điều khiển nhiệt nước cung cấp một lượng nhiệt, áp suất, dòng chảy thích hợp để làm nguội nhựa nóng trong khuôn

Hình 5.5: Hệ thống làm nguội

5.1.1.2 Hệ thống phun:

Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua các trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy, phun nhựa lỏng và các định hình sản phẩm Hệ thống này gồm có các bộ phận:

 Phễu cấp liệu (hopper)

 Khoang chứa liệu (barrel)

 Các băng gia nhiệt (heater band)

 Trục vít screw)

 Bộ hồi tự hở (non-return Assembly)

 Vòi phun (nozzle)

Hình 5.6: Hệ thống phun

c) Băng gia nhiệt: Giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa để nhựa bên trong

khoang luôn ở trạng thái chảy dẻo Thông thường, trên một máy ép nhựa có thể

có nhiều băng gia nhiệt ( ≥3 băng) được cài đặt với các nhiệt độ khác nhau để

tạo ra các vùng nhiệt độ thích hợp cho quá trình ép phun

Hình 5.7: Băng nhiệt

d) Trục vít: Có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa

chảy dẻo vào lòng khuôn Trục vít có cấu tạo gồm 3 vùng: vùng cấp liệu, vùng

nén và vùng định lượng

Hình 5.8: Cấu tạo trục vít

+ Vùng cấp liệu (Feed section): là vùng gần phễu cấp liệu nhất, chiếm

khoảng 50% chiều dài hoạt động của trục vít và có chức năng làm cho vật liệu đặc lại thành khối và chuyển vật liệu qua vùng nén Chiều sâu của các cánh vít ở vùng này là lớn nhất và hầu như không đổi

+ Vùng nén hay vùng chuyển tiếp (Transition or compression section):

chiếm khoảng 25% chiều dài hoạt động của trục vít ở vùng này, đường kính ngoài của trục vít không đổi nhưng chiều sâu của các cánh vít thay đổi nhỏ dần

từ vùng cấp liệu đến cuối vùng định lượng Chính nhờ cấu tạo đặc biệt này mà các cánh vít làm cho nhựa bị nén chặt vào thành trong của khoang chứa liệu, điều này tạo ra nhiệt ma sát Nhiệt ma sát này cung cấp khoảng 70 đến 80% lượng nhiệt cần thiết để làm chảy dẻo vật liệu

+ Vùng định lượng (Metering section): chiếm khoảng 25% chiều dài hoạt

động của trục vít, có chức năng cung cấp nhiệt độ để vật liệu chảy dẻo một cách đồng nhất và làm bắn vật liệu chảy dẻo vào trong khuôn qua cuống phun Chiều sâu cánh vít ở vùng này là bé nhất và hầu như không đổi

+ Để đánh giá được khả năng làm chảy dẻo vật liệu của trục vít cao hay

thấp người ta dựa vào hai thông số chính đó là: L/D và Df/Dm Tỉ lệ L/D nhỏ nhất là 20:1, tỉ lệ Df/Dm thường là 3:1 hoặc 2.5:1 và 2:1

e) Bộ hồi tự hở (non-return Assembly): Bộ phận này gồm vòng chắn hình nêm, đầu trục vít Chức năng của nó là tạo ra dòng nhựa bắn vào khuôn

Hình 5.9: Bộ hồi tự mở hay van hồi tự mở

+ Khi trục vít lùi về thì vòng chắn hình nệm di chuyển về hướng vòi phun

và cho phép nhựa chảy về trước đầu trục vít

+ Khi trục vít di chuyển về phía trước thì vòng chắn hình nệm sẽ di chuyển

về hướng phễu và đóng kín với seat không cho nhựa chảy ngược về sau

Hình 5.10: Các loại bộ hồi tự mở hay van hồi tự mở

f) Vòi phun: có chức năng nối khoang trộn với cuống phun và phải có hình

dạng đảm bảo bịt kín khoảng trộn và khuôn Nhiệt độ ở vòi phun nên được cài đặt lớn hơn hoặc băng nhiệt độ chảy của vật liệu Trong quá trình phun nhựa lỏng vào khuôn, vòi phun phải thẳng hàng với bạc cuống phun và đầu vòi phun nén được lắp kín với phần lõm của bạc cuống phun thông qua vòng định vị để

đảm bảo nhựa không bị phun ra ngoài và tránh mất áp

Hình 5.11: Vị trí vòi phun trong hệ thống phun

Có nhiều loại vòi phun khác nhau, tùy vào từng trường hợp ứng dụng cụ thể mà ta dùng loại vòi phun nào cho thích hợp Thông thường người ta quan tâm đến một số thông số như:

+ Đường kính lỗ phun của đầu vòi phun phải nhỏ hơn đường kính lổ của

bạc cuống phun một chút (khoảng 0,125 - 0,75 mm ) để cuống phun dễ thoát ra ngoài và tránh cản dòng

+ Chiều dài của vòi phun nên dài hơn chiều sâu của bạc cuống phun (tạo

dòng ổn định trước khi vào bạc cuống phun)

+ Đô côn tùy thuộc vào vật liệu phun

Hình 5.12: Vòi phun

5.1.1.3 Hệ thống khuôn (nội dung đã được trình bày kỹ trong phần bài 3

của tài liệu này)

5.1.1.4 Kệ thống kẹp

Có chức năng đóng, mở khuôn,tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm ra thoát khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép phun

a) Cụm đẩy của máy (Machine ejector): Gồm xilanh thủy lực, tấm đẩy và

cân đẩy chúng có chức năng tạo ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn để

đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn

Hình 5.14: Cụm đẩy của máy

b) Cụm kìm (Clamp cylindero ): thường có 2 loại chính, đó là loại dùng cơ

cấu khuỷu và loại dùng các xilanh thủy lực Hệ thống này có chức năng cung

cấp lực để đóng mở khuôn và giữ để khuôn đóng trong suốt quá trình phun

a) Khuôn đóng

b) Khuôn mở Hình 5.15: Cụm kìm dùng cơ cấu khuỷu

a) Khuôn đóng

b) Khuôn mở Hình 5.16: Cụm kìm dùng xylanh thủy lực

 Ưu nhược điểm của cụm kìm dùng cơ cấu khuỷu và xylanh thủy lực:

 Cần lượng lớn dầu thủy lực

 Tốn nhiều năng lượng

 Chịu ảnh hưởng bởi hệ

 Khó điều chỉnh

c) Tấm di động (moverable platen): Là một tấm thép lớn với bề mặt có

nhiều lỗ thông với tấm di động của khuôn Chính nhờ các lỗ thông này mà cần đẩy có thể tác động lực đẩy trên khuôn Ngoài ra, trên tấm di động còn có các lổ ren để kẹp tấm di động của khuôn Tấm này di chuyển tới lui dọc theo 4 thanh

nối trong quá trình ép phun

Hình 5.17: Tấm di động và vị trí của nó trên máy ép phun

d) Tấm cố định (Stationary platen ): Cũng là một tấm thép lớn có nhiều lỗ

thông với tấm cố định của khuôn Ngoài 4 lỗ dẫn hướng và các lỗ có ren để kẹp tấm cố định của khuôn tương tự như tấm di động, tấm cố định còn có thêm lỗ vòng định vị để định vị tấm cố định của khuôn và đảm bảo sự thẳng hàng giữa

cần đẩy và cụm phun

Hình 5.18: Tấm cố định và vị trí của nó trên máy ép phun

e) Những thanh nối (Tie bars ): Có khả năng co giãn để chống lại áp suất phun khi kìm tạo lực Ngoài ra còn có tác dụng dẫn hướng cho tấm di động

Hình 5.19: Vị trí các thanh nối trên máy

5.1.1.5 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển giúp người vận hành máy móc theo dõi và điều chỉnh các thông số gia công cũng như nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun và vị trí của các

bộ phận trong hệ thống thủy lực Quá trình điều khiển có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sau cùng của sản phẩm và hiệu quả kinh tế của quá trình hệ thốngđiều khiển giao tiếp với người vận hành máy qua bảng điều khiển (Control panel ) và màn hình máy tính ( computer screen )

Hình 5.20: Hệ thống điều khiển

a) Màn hình máy tính: Cho phép nhập các thông số gia công, trình bày các

dữ liệu của quá trình ép phun, cũng như các tín hiệu báo động và các thông điệp

Hình 5.21: Màn hình hiển thị các thông số ép phun trên máy

b) Bảng điều khiển: Gồm các công tắc và nút nhấn dùng để vận hành máy

Một bàn điều khiển gồm có: nút nhấn điều khiển bơm thủy lực, nút nhấn tắt

nguồn điện hay dừng khẩn cấp và các công tắc điều khiển bằng tay

Hình 5.22: Bảng điều khiển trên máy ép phun

Bên trong hệ thống điều khiển là bộ vi xử lý các rơle, công tắc hành trình, các bộ phận điều khiển nhiệt độ, áp suất, thời gian…

Hình 5.23: Các bộ phận bên trong hệ thống điều khiển trên khuôn và trên máy

Hình 5.24: Công tắc hành trình trên máy ép phun

5.1.2 Chu kỳ ép phun:

Chu kỳ ép phun gồm bốn giai đoạn:

1 Giai đoạn kẹp ( Clamping phase ): khuôn được đóng lại

2 Giai đoạn phun ( Injection phase ): nhựa điền đầy vào khuôn

3 Giai đoạn làm nguộn ( cooling phase ): nhựa được làm đặc lại trong khuôn

4 Giai đoạn đẩy ( Ejector phase ): đẩy sản phẩm nhựa ra khỏi khuôn

Hình 5.25: Chu kỳ ép phun

a) Giai đoạn kẹp: lúc đầu cụm kẹp đóng khuôn lại rất nhanh nhưng sau đó

chậm dần cho đến khi khuôn đóng hoàn toàn ( không xảy ra tiếng động lớn) Một khi khuôn đã đóng cũng là lúc áp lực kẹp rất lớn được tạo ra để chống lại áp cao từ dòng nhựa bắn vào khuôn Điều này rất quan trọng vì nếu lực kẹp không khống chế lại nổi áp lực phun thì khuôn sẽ bị hư hại và sản phẩm nếu có ép phun

được đi nữa thì cũng gặp nhiều khuyết tật

Hình 5.26: Diễn biến giai đoạn kẹp

b) Giai đoạn phun: trong suốt giai đoạn này xảy ra 3 quá trình Đầu tiên,

nhựa nóng chảy được phun vào khuôn rất nhanh do trục vít tiến về trước Một khi các lòng khuôn gần như được điền đầy (điền đầy khoảng 95% lòng khuôn) thì quá trình định hình hình sản phẩm diễn ra do lòng khuôn có nhiệt độ thấp hơn Nhựa nóng sẽ nguội dần và xảy ra hiện tượng co rút Do đó, có một lượng nhựa nữa (khoảng 5%) sẽ tiếp tục được phun vào để bù trừ vào sự co rút cho đến khi miệng phun bị đặc cứng lại Ta gọi đây là quá trình giữ hay quá trình kìm

Quá trình này giúp ngăn dòng chảy ngược của nhựa qua miệng phun

a) quá trình phun b) quá trình định hình và giữ

Hình 5.27: Giai đoạn phun

c) Giai đoạn làm nguội: giai đoạn này bắt đầu ngay sau khi quá trình giữ kết

thúc Khuôn vẫn được đóng và nhựa nóng trong lòng khuôn được làm nguội cho đến khi đủ độ cứng để có thể được đẩy rời khỏi khuôn Trong suốt giai đoạn này trục vít vẫn quay và lùi dần lại để chuẩn bị cho lần phun kế tiếp Thời gian tiêu

tốn trong giai đoạn này phụ thuộc vào loại vật liệu nhựa mà ta ép

Hình 5.28: Giai đoạn làm nguội

d) Giai đoạn đẩy: đây là giai đoạn cuối cùng của một chu kỳ kép phun

Trong giai đoạn này cụm kẹp làm chức năng mở khuôn ra một cách nhanh chóng và an toàn Lúc đầu, cụm kẹp mở khuôn một cách chậm chạm và sau đó

là nhanh dần cho đến gần cuối hành trình thì nó chuyển động chậm lại để tránh

va đập mạnh Khi khuôn ở ra thì tấm đẩy của khuôn bị cần đẩy của máy đẩy về phí trước để lõi sản phẩm ra khỏi khuôn Một khi sản phẩm rời khỏi khuôn thì

cần đẩy sẽ hồi về để sãn sàng cho một chu khỳ ép mới

Hình 5.29: Giai đoạn đẩy

5.1.3 Thời gian chu kỳ ép phun và cách rút ngắn thời gian chu kỳ

5.1.3.1 Thời gian chu kỳ ép phun:

Thời gian chu kỳ ép phun là khoảng thời gian cần thiết để nhựa điền đầy lòng khuôn và bề dày sản phẩm đông đặc khoảng 90% Như vậy, thời gian chu

kỳ sẽ là tổng các khoảng thời gian của từng giai đoạn ép phun Các khoảng thời gian này là:

 Thời gian phun

 Thời gian giữ: gồm thời gian định hình và thời gian làm lạnh

 Thời gian mở khuôn

 Thời gian đóng khuôn: không đáng kể nên có thể bỏ qua

Hình 5.30: Thời gian chu kỳ

5.1.3.2 Cách rút ngắn thời gian chu kỳ:

Thông thường thời gian chu kỳ tăng là do:

+ Nhiệt độ của khuôn và nhiệt độ chảy dẻo của nhựa cao

+ Hệ thống làm nguội thiết kế không tốt

+ Tốn ngiều thời gian trong giai đoạn phun và giữ

Như vậy, để giảm thời giam chu kỳ ta sẽ giải quyết các vấn đề sau:

+ Giảm thời gian phun

+ Giảm thời gian giũ

+ Giảm thời gian làm lạnh đến mức tối thiểu

 Giảm thời gian phun: việc này liên quan đến vấn đề mất áp, số lòng khuôn

và bề dày sản phẩm

- Mất áp: xảy ra trên hệ thống kênh dẫn và miệng phun Mất áp ít thì các lòng khuôn sẽ điền đầy nhanh hơn nên thời gian điền đầy giảm và ngược lại Kênh dẫn lớn sẽ làm giảm sự mất áp nhưng làm tăng thời gian làm lạnh dối với kênh dẫn nguội và ảnh hưởng đến nhiệt nhiệt chảy dẻo của nhựa trong kênh dẫn nóng Miệng phun lớn cũng làm giảm sự mất áp nhưng sẽ để lại vết trên sản phẩm Như vậy để giảm thời gian phun ta cần phải thiết kế hệ thống phun nhựa

có kích thước hợp lý

- Số lòng khuôn: số lòng khuôn nhiều thì thời gian phun sẽ tăng nhưng trong thiết kế số lòng khuôn pahir đảm bảo theo yêu cầu khách hàng nên ta không thể giảm số lòng khuôn Tuy nhiên ta có thể cải thiện thời gian phun bằng cách giảm thiểu chiều dài hệ thống kênh dẫn

- Bề dày sản phẩm: nhựa sẽ chảy dễ hơn trong những vùng có bề dày dày hơn vì thế ta cần phải thiết kế bề dày sản phẩm một cách hợp lý hoặc có thể bố trí thêm miệng phun khi bề dày sản phẩm quá mỏng để giảm thời gian phun Mỗi loại vật liệu có chiều dài dòng chảy của riêng nó nên ta cần xem rõ thông số của chúng để điều chỉnh áp suất phun hợp lý, đặc biệt là khi tỉ lệ L/t≥200 (với L: chiều dài dòng chảy; t: bề dày)

Hình 5.31: Nhựa dễ chảy qua vùng có bề dày lớn

 Giảm thời gian giữ: đường kính miệng phun tăng thì thời gian giữ sẽ tăng

vì thế ta có thể giảm đường kính miệng phun để giảm thời gian giũ nhưng cần phải đảm bảo rằng các lòng khuôn phải được điền đầy Nếu không thể giảm đường kính miệng phun thì ta có thể tối thiểu hóa thời gian giữa trên máy ép phun

 Giảm thời gian làm lạnh: có hai yếu tố ảnh hưởng đến thời gian làm lạnh

đó là nhiệt độ khuôn và độ chảy dẻo của nhựa Nếu một trong hai yếu tố này tăng thì thời gian làm lạnh sẽ tăng và thời gian chu kỳ cũng sẽ tăng Vì vậy muốn giảm thời gian làm lạnh thì ta phải điều chỉnh nhiệt độ của khuôn và nhiệt chảy dẻo của nhựa một cách hợp lý

Hình 5.32: Nhiệt độ khuôn tăng làm thời gian chu kỳ tăng

5.2 Các thông số gia công

5.2.1 Các giai đoạn mài mòn

Để hình thành được linh kiện sản phẩm của công nghệ ép phun có chất lượng tốt, nhiều tác động chính đến quá trình tạo sản phẩm trên máy ép là nhiệt

độ phun, tốc độ phun, áp suất phun và các vị trí hành trình của chúng

a) Nhiệt độ nung nhựa:

Trong giai đoạn nung chảy nguyên liệu, nhiệt độ nung chảy nhựa sẽ được thiết lập cho nòng tải nhựa suốt từ miệng phễu cấp nguyên liệu vào nòng đến miệng phun nhựa lỏng vào lòng khuôn Thông thường, nòng nung nhựa được chia làm 3 vùng: Vùng cấp liệu, vùng chuyển hóa từ rắn sang lỏng và vùng định lượng để phun vào khuôn và thường được phân thành 4 đến 5 đoạn Tùy thuộc vào nhiệt độ nóng chảy của mỗi loại nguyên liệu nhựa theo thông số kỹ thuật sẽ thiết lập nhiệt độ phù hợp cho từng đoạn nhằm tránh hiện tượng nhựa bị cháy vì nhiệt quá cao hoặc không thể phun được vì nhiệt độ cài đặt quá thấp Một số sản phẩm được thiết kế có điện trở bên trong khuôn (hot runner) để dòng nhựa phun được dễ dàng hoặc loại bỏ phần rãnh dẫn nhựa hay cuốn phun nhằm giảm lượng

nguyên liệu tiêu thụ Mặc dù nhiệt độ được cài đặt phân cho từng vùng trên nòng nhựa, chúng vẫn có sự ảnh hưởng truyền nhiệt qua lại giữa các vùng

Ở giai đoạn phun nhựa, nhiệt độ của nhựa lỏng thay đổi trong suốt quá trình từ miệng phun của nòng máy ép cho đến điểm cuối cùng của lòng khuôn

do quá trình truyền nhiệt giữa nhựa lỏng và khuôn Một phần mất nhiệt do trở lực dòng chảy nhựa trong khuôn bởi kết cấu có các vách ngăn, ngõ ngách, góc chuyển hướng của khuôn Yếu tố nhiệt độ tác động lớn đến khả năng phun nhựa vào khuôn cũng như chu kỳ tạo sản phẩm Điều này, tạo các lỗi bề mặt ngoại quan của sản phẩm nhựa như vết không điền đầy, vết bóng, vết mờ, vết hàn trên

bề mặt, vết dòng nhựa chảy, màu sắc của sản phẩm, Hơn nữa, nó cũng ảnh hưởng đến kích thước của sản phẩm

b) Tốc độ phun nhựa:

Tốc độ phun nhựa quyết định đến khả năng điền đầy nhựa lỏng vào lòng khuôn Tốc độ khuôn ảnh hưởng rất lớn đến lỗi bề mặt vùng xung quanh cổng phun, vùng giao nhau giữa các dòng nhựa chảy, các khe hở lòng khuôn nhỏ, các vùng cuối cùng của dòng nhựa chảy đến của lòng khuôn Bề mặt ngoại quan phụ thuộc nhiều vào tốc độ phun nhựa như tạo vết quầng, vết phun tia tại vùng gần cổng phun, bọt khí, sản phẩm bị biến màu, sản phẩm bị co rút, cong vênh, nổi bóng hoặc mờ bề mặt

Các vùng tập trung bọt khí thường xảy ra ở nơi điền đầy nhựa cuối cùng của lòng khuôn hoặc nơi dòng chảy bị thay đổi đột ngột hay bị gờ cản, dễ tạo khuyết tật của sản phẩm nhựa tại các điểm này Vì vậy, khuôn thiết kế cần được

bố trí vị trí, kích thước khe hở thoát khí, vị trí cổng phun phù hợp Mặt khác, tốc

độ phun quá cao cũng làm cho khí dồn và thoát không kịp cũng gây ra hiện tượng sản phẩm bị khuyết tật do không khí chiếm chỗ Hơn nữa, sản phẩm sẽ bị biến dạng khác nhau tại các vùng khác nhau của lòng khuôn Do vậy, cần thiết lập các tốc độ phun riêng biệt phù hợp cho từng vùng khác nhau của sản phẩm Khi phun với tốc độ cao, sản phẩm sẽ bị lỗi ba-via nếu lực ép khuôn của máy ép nhựa không đủ lớn, nhựa qua cổng phun sẽ dễ xuất hiện hiện tượng phun tia, tạo dòng chảy rối làm cho bề mặt sản phẩm gần cổng phun xấu Tuy nhiên, với sản phẩm có thành mỏng, nhiệt độ nhựa sẽ bị nguội nhanh do truyền nhiệt qua bề mặt lòng khuôn, dễ xảy ra hiện tượng sản phẩm bị khuyết tật do không điền đầy, cần phải phun tốc độ cao

c) Áp suất phun nhựa:

Áp suất phun là thông số rất quan trọng trong quá trình ép phun nhựa Sự

ổn định kích thước và cơ tính của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào thông số này Việc xác định áp suất khuôn hợp lý giúp kiểm soát được sự ổn định chất lượng

sản phẩm cũng như hoạt động tạo sản phẩm Áp suất phun bao gồm áp suất nén

và áp suất duy trì (giữ áp) Áp suất nén là áp suất tăng lên trong khuôn sau khi lòng khuôn được điền đầy nhựa, ảnh hưởng đến tổng lượng nguyên liệu nhựa được ép vào trong khuôn Lượng nhựa được nén vào trong khuôn sẽ bù vào sự

co ngót trong quá trình làm nguội sản phẩm trong lòng khuôn Khối lượng sản phẩm phụ thuộc vào áp suất nén Áp suất duy trì là áp suất trong giai đoạn giữ

áp sau khi áp suất nén đạt cực đại với một khoảng thời gian được gọi là thời gian duy trì áp Thời gian duy trì áp này tính từ lúc áp suất nén đạt cực đại đến khi cổng phun đông đặc

Tương tự như vận tốc phun nhựa, áp suất phun nhựa cũng bị tổn thất một phần do sự trở lực của các gờ vấu, vách cong, rãnh dẫn nhựa trong lòng khuôn và ma sát với lòng khuôn, nhựa lỏng chảy truyền nhiệt cho lòng khuôn làm giảm tốc độ của dòng nhựa chảy Do vậy, dòng chảy nhựa đến các các vùng trên sản phẩm sẽ co ngót không đều làm ảnh hưởng đến kích thước của sản phẩm sau khi ép ra

d) Các vị trí phân giai đoạn trong quá trình ép phun:

Để sản phẩm ép phun đạt chất lượng tốt, trong quá trình ép phun một chu

kỳ sản phẩm thường chia ra nhiều giai đoạn về áp suất phun, tốc độ phun và thời gian phun để quản lý Chẳng hạn:

- Giai đoạn rãnh dẫn: Dùng tốc độ phun thấp, áp suất phun trung bình

- Giai đoạn ép phun tạo sản phẩm: Sử dụng tốc độ phun cao, áp suất phun trung bình, làm cho khuôn đầy đến 90% và ổn định kích thước sản phẩm

- Giai đoạn điền đầy khuôn: Sử dụng tốc độ phun trung bình, áp suất phun cao, tạo vẻ đẹp cho ngoại quan sản phẩm

- Giai đoạn cuối cùng: Sử dụng áp suất duy trì nhằm tránh hiện tượng co ngót sản phẩm

Ngoài ra, các yếu tố về vị trí hành trình, tốc độ và thời gian trễ trong các hoạt động đóng mở khuôn, ty đẩy thoát sản phẩm, tay lấy sản phẩm… cũng ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng sản phẩm trong quá trình ép phun nhựa nhiệt dẻo

sự đồng nhất của kích thước sản phẩm Nhiệt độ khuôn không đủ nóng khiến cho sản phẩm bị làm lạnh sớm ngay trong khuôn dẫn đến tình trạng khuôn không điền đầy, hiện tượng kết tinh kém làm cho tính chịu nhiệt của sản phẩm

bị hạ thấp hoặc biến hình Nhiệt độ khuôn không đủ mát làm cho sản phẩm không kịp nguội khiến sản phẩm bị co ngót hoặc biến dạng cong vênh

Việc cài đặt, điều chỉnh thông số máy ép nhựa về mặt thời gian tùy thuộc

vào nhiều yếu tố Hay đúng hơn, cách chỉnh máy ép nhựa ở các điều kiện nêu

trên còn phụ thuộc vào chất liệu nhựa, tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm nhựa

Chỉnh thông số máy ép nhựa khá phức tạp và cần sự am hiểu sâu rộng đối với lĩnh vực này Các tài liệu về cách chỉnh thông số máy ép nhựa không thể chi tiết hết được toàn bộ quá trình ép

5.3 Đo và điều khiển nhiệt độ trong quá trình ép phun

Nhiệt độ của khuôn (gia nhiệt cho khuôn hoặc làm nguội khuôn) rất quan trọng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình ép phun Nhiệt độ khuôn có ảnh hưởng đến

Hình 5.33: Đồng hồ và một số loại came biến đo nhiệt

Một số loại cảm biến dùng để đo nhiệt độ của khuôn:

- Cảm biến lò xo (spring sensor) dùng để đo nhiệt bề mặt của cối khuôn

và chày khuôn

- Cảm biến đo độ ẩm

- Cảm biến từ được dùng khi không dùng được cảm biến lò xo

5.4 Khắc phục một số lỗi thường gặp trong quá trình ép phun

Hình 5.34: Trình tự các hành động khắc phục lỗi sản phẩm ép phun nhựa nhiệt dẻo

Thông qua các công đoạn của quá trình ép phun nhựa nhiệt dẻo và các yếu tố liên quan như độ phức tạp sản phẩm cũng như kết cấu thiết kế của khuôn, việc kiểm tra và điều chỉnh khắc phục lỗi sản phẩm ép phun nhựa nhiệt dẻo cần

được thực hiện theo trình tự ưu tiên đã được tổng hợp theo bảng trong hình 5.34

Bên cạnh đó, nhằm hạn chế lỗi sản phẩm phát sinh trong quá trình vận hành khuôn cũng như sự tối ưu hóa cơ cấu hoạt động của khuôn, các nhà làm khuôn thường sử dụng các phần mềm hỗ trợ chuyên dùng SolidWorks Flow Simulation, CAE (Computer-Aided Engineering), Autodesk Moldflow, Sigmasoft, Moldex3D, … để mô phỏng hoạt động của kết cấu khuôn, mô phỏng dòng chảy nguyên liệu ép phun và các lỗi tiềm ẩn của sản phẩm trước khi thực hiện chế tạo khuôn nhằm tối ưu hóa việc thiết kế khuôn ngay từ đầu

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ngoại quan của sản phẩm ép phun nhựa nhiệt dẻo từ khuôn mẫu được thiết kế để ép phun, các thông số vận hành máy ép phun và kể cả các hành động phụ trợ liên quan khác như vật liệu nhiễm bẩn, tỷ lệ nhựa tái sinh sử dụng, vệ sinh khuôn,… Việc thực hiện khắc phục lỗi sản phẩm theo trình tự được tổng hợp như bảng trong hình 5.34 nhằm giảm thiểu thời gian cải tiến lỗi cũng như giảm tỷ lệ lỗi sản phẩm cho chất lượng linh kiện sản phẩm nhựa trong quá trình ép phun nhựa nhiệt dẻo Bên cạnh đó, tối ưu hóa trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu thông qua các phần mềm mô phỏng hỗ trợ để dự đoán các yếu tố tác động đến nhằm giảm thiểu thời gian thiết kế khuôn, rút ngắn được thời gian cũng như chi phí trong việc chế tạo khuôn mẫu

và thử nghiệm khuôn đưa vào vận hành

5.5 Một số loại máy ép phun

Hình 5.35: Một số loại máy ép phun

Bài 6

Xử lý khuyết tật trên sản phẩm Mục tiêu

- Nắm được các khuyết tật thường gặp trong sản phẩm nhựa;

- Nắm được các nguyên nhân cũng như biện pháp khắc phục các khuyết tật

- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập

Nội dung

6.1 Lỗ khí

Các lỗ klhí xảy rav khi các dòng chảy của nhựa cùng bao quanh các bọt khí Khuyết tật lỗ khí khiến cho nhựa không thể điền đầy một cách hoàn toàn và làm xấu bề mặt sản phẩm Ngoài ra, các lỗ khí còn tạo ra ứng suất nén lên các vùng khác của sản phẩm và bị gia nhiệt gây ra các vết cháy trên bề mặt sản phẩm

Hình 6.1: Các lỗ khí trên bề mặt sản phẩm

a) Nguyên nhân:

 Ảnh hưởng của sự ưu tiên dòng chảy

 Sự không cân bằng dòng vì sản phẩm có bề dày không đồng đều

 Bố trí hệ thống thoát khí trên khuôn chưa tốt

Hình 6.2: Nguyên nhân gây ra lỗ khí

b) Cách khắc phục:

+ Trên khuôn:

 Thiết kế bề dày sản phẩm hợp lý để tránh hiện tượng ưu tiên và mất cân

bằng dòng chảy

 Cần cân bằng dòng trên hệ thống kênh dẫn và bố trí hệ thống thoát khí

hợp lý Ta có thể thay đổi hệ thống kênh dẫn để phần nhựa được điền đầy sau cùng nằm ở vị trí thoát khí thích hợp Nếu khí vẫn tồn tại trong lòng khuôn thì ta nên thêm vào một số ti thoát khí để khí tháot ra ngoài dễ dàng hơn

+ Trên máy ép phun:

 Giảm vận tốc phun vì vận tốc phun lớn sẽ làm cho nhựa bắn hình tia và

khí sẽ dễ dàng lẫn vào Khi nhựa được phun với vận tốc chậm thì khí sẽ có đủ thời gian để thoát ra ngoài

6.2 Sản phẩm nhựa bị giòn

Sản phẩm sau ép phun dễ bị rạn nứt và dễ gãy

Hình 6.3: Sản phẩm bị gãy

a) Nguyên nhân:

 Vật liệu bị thoái hoá: có thể là do vận tốc phun quá cao,thời gian giữ dài

và nhiệt chảy cao hoặc việc thiết kế trục vít và hệ thống kênh dẫn chưa hợp lý

 Đường hàn làm yếu sản phẩm

 Vật liệu kết tinh không tốt

 Ứng suất dư trong sản phẩm lớn

 Vật liệu chưa được trộn tốt

 Quá nhiều vật liệu nghiền lại Làm khô vật liệu chưa tốt

b) Cách khắc phục:

+ Vật liệu:

 Làm khô vật liệu trước khi ép đùn

 Giảm vật liệu nghiền lại: cần liên hệ với nhà cung cấp vật liệu để biết mức

độ dùng vật liệu nghiền lại

 Đổi vật liệu

+ Trên khuôn:

 Thiết kế lại cuống phun,kênh dẫn và miệng phun hợp lý

+ Trên máy ép phun:

 Thay trục vít vì trục vít thiết kế không đúng khiến vật liệu dễ bị quá nhiệt

 Thay vòi phun nhỏ hơn để giảm thời gian giữ

 Điều chỉnh lại nhiệt độ ở khoang chứa liệu,vòi phun và nhiệt chảy của vật

liệu để giảm đường hàn và tránh gây quá nhiệt cho vật liệu

 Giảm áp suất lùi,vận tốc quay của trục vít hợac vận tốc phun vì nhiệt ma

sát có thể gây quá nhiệt vật liệu

 Hiện tượng kẹt khí (bẫy khí): xảy ra khi vận tốc và áp suất phun quá cao

khiến cho các bọt khí trong hệ thống kênh dẫn và lòng khuôn không thể thoát kịp ra ngoài qua hệ thống thoát khí trong khoảng thời gian điền đầy rất ngắn Hiện tượng kẹt khí cũng xảy ra khi có sự ưu tiên dòng chảy vì bố trí hệ thống thoát khí không hợp lý Khi đó, khí sẽ bị nén bởi áp suất và nhiệt độ cao làm cho nhựa bị quá nhiệt tạo ra các đốm cháy

 Vật liệu bị thoái hóa

Hình 6.5: Hiện tượng kẹt khí

b) Cách khắc phục:

+ Trên khuôn:

 Loại bỏ các bẫy khí: thiết kế lại hệ thống thoát khí hoặc thêm các ti thoát

khí vào khuôn

 Tránh hiện tượng quá nhiệt (do nhiệt ma sát) gây thoái hoá vật liệu bằng

việc thiết kế lại cuống phun,kênh dẫn và miệng phun hợp lý

+ Trên máy ép phun:

 Giảm áp suất phun

 Giảm vận tốc phun

 Giảm vận tốc quay của trục vít

 Giảm nhiệt độ khoang chứa liệu

 Kiểm tra lại các băng gia nhiệt trên khoang chứa liệu và trên vòi phun

6.4 Vết rạn nứt

Hình 6.6: Vết rạn nứt trên sản phẩm

a) Nguyên nhân:

 Ứng suất dư cao

 Nhiều đường hàn làm yếu sản phẩm

 Sự co rút theo nhiều hướng khác nhau của nhựa khi nguội

b) Cách khắc phục:

 Tăng bề dày sản phẩm để giảm ứng suất dư

 Giảm sự co rút vật liệu theo nhiều hướng

 Vật liệu chứa nhiều hơi ẩm

 Nhiệt nóng chảy của nhựa trong lòng khuôn thấp

 Dùng nhiều chất thoát khuôn trong quá trình ép phun

 Các góc sắt ở miệng phun và kênh dẫn

Hình 6.7: Chốc bề mặt

b) Cách khắc phục:

+ Vật liệu:

 Tránh dùng vật liệu bẩn và chứa nhiều vật liệu nghiền lại

 Loại bỏ rơi hơi ẩm trong vật liệu(nên nhận lời khuyên từ nhà cung cấp vật

liệu để có lời khuyên tốt nhất kghi sấy khô vật liệu)

 Nên tránh sử dụng nhiều chất tháot khuôn bằng cách điều chỉnh lại hệ

thống đẩy

+ Trên khuôn:

 Làm ơn láng các góc cạnh của miệng phun và kênh dẫn vì nếu các góc

cạnh sắc bén sẽ làm dòng nhựa bị tách ra

+ Trên máy ép phun:

 Tăng nhiệt độ khoang cấp liệu và nhiệt độ khuôn để các phần tử nhựa kết

chặt vào nhau

6.6 Sản phẩm bị hụt

Sản phẩm bị ngắn đi một đoạn (nhựa không điền đày hoàn toàn)

Hình 6.8: Sản phẩm hụt

 Thời gian định hình chưa đủ

 Vật liệu nghiền lại chưa được trộn hoàn toàn với vật liệu cơ bản (vật liệu

chưa qua sử dụng)

 Vật liệu có độ ẩm cao

b) Cách khắc phục:

+ Vật liệu:

 Loại hơi ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách sấy khô trước khi gia công

 Giảm vật liệu nghiền để có được quá trình trộn tốt và nhiệt chảy cùng lúc

 Đổi lô vật liệu mới

+ Trên khuôn:

 Thiết kế lại hệ thống kênh dẫn để đảm bảo cân bằng dòng

 Kiểm tra lại hệ thống làm lạnh để chắc rằng nhiệt độ khuôn đồng đều

+ Trên máy ép phun:

 Kiểm tra hỏng hóc của vòng chắn dòng và các băng gia nhiệt trên khoang

cấp liệu

 Tăng áp suất phun và áp suất định hình để cung cấp đủ vật liệu điền đày

các lòng khuôn

 Tăng thời gian phun và thời gian định hình (thời gian bảo áp)để vật liệu

có đủ thời gian điền đầy các lòng khuôn

6.7 Sản phẩm bị đổi màu

a) Nguyên nhân:

 Thời gian vật liệu ở trong khoang cấp liệu quá dài

 Nhiệt độ khaong cấp liệu quá cao

 Màu củ vật liệu nghiền lại khác với màu của vật liệu cơ bản

 Trục vít không phù hợp

 Hệ thống kênh dẫn thiết kê chưa tốt

+ Trên máy ép phun:

 Thay trục vít vì trục vít được thiết kế không đúng làm quá trình trộn kém

và cũng gây quá nhiệt nhựa

 Chọn máy ép phun khác Áp lực bơm cần thiết cho khuôn nên bằng 20

đến 80% công suất bơm của máy

 Giảm nhiệt độ ở khoang cấp liệu và vòi phun

 Đảm bảo phễu cấp liệu luôn sạch sẽ

6.8 Mắt cá

Mắt cá trên bề mặt sản phẩm là do vật liệu chưa nóng chảy hoàn toàn bị đẩy vào lòng khuôn

Hình 6.10: Mắt cá trên khuôn