Cơ bản khuôn nhựa visi

Giới thiệu: Để trở thành nhà thiết kế khuôn mẫu thì tối thiểu phải nắm bắt cơ bản về nhựa,nguyên tắc thiết kế sản phẩm và đặc tính của chúng cũng như nguyên tắc hoạtđộng của máy ép nhựa

Giới thiệu:

Để trở thành nhà thiết kế khuôn mẫu thì tối thiểu phải nắm bắt cơ bản về nhựa,nguyên tắc thiết kế sản phẩm và đặc tính của chúng cũng như nguyên tắc hoạtđộng của máy ép nhựa và các kiểu máy ép nhựa

Trong phần này, chúng tôi giới thiệu 3 nội dung chính như sau:

1 Sơ lược về lịch sử nhựa

2 Phân loại khuôn nhựa, máy và nguyên tắc hoạt động

3 Khuôn và các thành phần cơ bản của khuôn

1 S ơ Lược về lịch sử nhựa:

Nhựa, ngày nay có mặt hầu hết xung quanh chúng ta từ các ngành điện tử, ô tô, hàng không, cơ khí, đóng tàu, gia dụng, dược và đã dần thay thế hầu hết các vật liệutruyền thống như sắt, thép

Chính vì tính năng đặc biệt của chúng có thể thay thế hoàn toàn những khuyếtđiểm của các vật liệu trên

1927 Cellulose Acetate Giấy kiến gói quà

1927 Polyvinyl Chloride Ống và giả da

1929 Urea-Formaldehyde đèn trang trí, gỗ dán

1936 Acrylic Lưng bàn chảy, các chi tiết nổi

1936 Polyvinyl Acetate Tấm trải sàn

1938 Polystyrene or Styrene Dụng cụ dùng một lần

1938 Nylon (Polyamide) Hàng dệt kim

1938 Polyvinyl Butyrate Kính an toàn

1939 Polyvinylidene Chloride Nhựa saran (gói đồ ăn, trái cây )

1948 Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Giỏ xách, vali

1954 Polyurethane or Urethane Các loại nệm, đế giày, bánh xe

1956 Acetal Các chi tiết xe, dung cụ phòng vệ sinh

1957 Polypropylene Móc khóa, mũ bảo hiểm

1957 Polycarbonate Chai nước, mắt kính

2 Phân loại khuôn nhựa, máy và nguyên tắc hoạt động:

Có rất nhiều loại khuôn khác nhau, chẵn hạn như khuôn ép nhựa nhiệt nóng vàkhuôn ép nhựa nhiệt dẽo (thermoplastic and thermoset injection molding), khuônthổi, khuôn quay, khuôn ép nén…

Khuôn nhựa sử dụng một số kỹ thuật khác nhau để tạo ra sản phẩm Một trong các

kỹ thuật ép được liệt kê như sau:

1 Khuôn ép phun (Injection Molding)

2 Khuôn thổi (Blow Molding)

3 Khuôn quay (Rotational Molding)

4 Khuôn ép nén (Compression plastic molding)

2.1 Khuôn Ép phun:

Là quá trình chuyển hóa từ những hạt nhựa thành nhựa lỏng và được nén vàokhuôn dưới một áp suất nén của máy

Ép phun là phương pháp ép nhựa được sử dụng phổ biến nhất và đa dạng cho tất

cả các sản phẩm Ngoài các phương pháp ép phun thông thường còn có các loạiđặc biệt khác như: ép phun có hỗ trợ khí (Gas assist injection molding), ép phun cónhiều đầu phun (Co-injection molding) …

A Qui trình:

Qui trình ép nhựa cơ bản được chia làm 04 giai đoạn:

1 Đầu tiên nhựa được sấy khô và cho buồng hóa lỏng hạt nhựa dưới một điều kiện nóng chảy của nhựa

2 Nhựa sau khi hóa lỏng sẽ được trục vít đẩy vào lòng khuôn

3 Nhựa sau khi được điền đầy lòng khuôn sẽ được giữ ở một thời gian nhất định và làm nguội để hóa rắn nhựa thành sản phẩm

4 Sau khi hóa rắn, sản phẩm nhựa được lấy ra bởi hệ thống lói

1.Giai đoạn hóa lỏng hạt nhựa 2 Giai đoạn điền đầy nhựa

3 Giai đoạn làm nguội 4 Giai đoạn lấy sản phẩm

Qui trình ép nh a

B Các thành phần c ơ bản của máy ép nhựa:

Các thành phần cơ bản của máy ép nhựa, bao gồm 3 thành phần cơ bản sau:

Bộ phận kẹp:

Bộ phận kẹp để mở và đóng khuôn trong quá trình ép

nhựa Đồng thời cung cấp một lực kẹp cần thiết trong

suốt quá trình phun, bởi vì nếu không có một lực kẹp

nhất định thì áp suất phun bên trong sẽ gây hại cho bề

mặt mở khuôn tại các đường phân khuôn hoặc mặt

phân khuôn

Bộ phận phun / khuôn:

Một bộ phận hóa dẽo nhựa trên cơ bản chuyển đổi

những hạt nhựa khô thành lỏng theo một nhiệt độ

yêu cầu Nhiệt được sinh ra từ hệ thống tạo nhiệt

(lò nhiệt) khi trục vít đùn quay và làm chuyển động

nhựa Sự hoạt động này nhằm đẩy dòng nhựa lên

đỉnh của trục vít để phun nhựa vào lòng khuôn

Nhiệt được tạo ra xung quanh ống nhựa sẽ cung cấp một điều kiện nhiệt để khởiđộng để chuyển hóa hạt nhựa, và đây cũng là nơi để trục vít ngừng quá trình hóanhựa khi đạt đến một số lượng nhựa yêu cầu cho mỗi lần phun

Bộ phận phun đẩy dòng nhựa vào trong khuôn Mức độ áp suất yêu cầu để điền đầyphụ thuộc vào độ lớn bề dày thành của sản phẩm

C Sản phẩm: đa dạng và rất phổ biến

1 Ống nhựa (parison) được định hình từ hai nữa khuôn

2 Khuôn được đóng lại bao quanh ống nhựa

• Bịt kín một đầu cuối của ống nhựa

• Đầu còn lại được đóng kín bởi lõi ống hơi

3 Ống nhựa được thổi phồng lên nhờ lõi ống hơi

4 Làm lạnh và hóa rắn sản phẩm

5 Mở khuôn và lấy sản phẩm ra ngoài

B Các thành phần c ơ bản của máy thổi:

Ống đùn

Ống thổi khí Khuôn đùn ðầu nhiệt Tấm kẹp khuôn đầu vào thổi ðường nước Nữa khuôn Lòng khuôn

Ống nhựa (parison) Trục dẫn hướng

Máy Th ổ i

3 Mould cooling: Trong quá trình quay theo các trục khuôn sẽ được làm mát, thường là không khí hoặc nước, hoặc cả hai cho đến khi hóa rắn sản phẩm hoàn toàn

4 De-moulding of the final product: Sau quá trình làm lạnh khuôn sẽ được đưa đến bộ phận tải để tháo khuôn và lấy sản phẩm và tải sản phẩm để tiếp tục chu trình

B Sản phẩm: Phổ biến ở các dạng đồ chơi lớn, giao thông, thùng rác

3.1 Các thành phần c ơ bản của khuôn

Trong phần này chúng ta tìm hiểu về các nội dung như sau:

3.1.1 Các thành phần khuôn và các kiểu khuôn cơ bản

3.1.2 Biểu đồ thời gian máy ép phun

Được kẹp lên bảng kềm máy ép nhựa.

Chứa lòng khuôn và lõi khuôn dương hoặc để giữ các bộ phận insert định hình sản phẩm.

Giữ cho tấm khuôn không bị uốn.

Tạo khoảng không gian cho lói sản phẩm.

Để lói sản phẩm và giữ các ty lói.

Đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.

Đẩy các kênh nhựa ra khỏi bạc cuống phun.

Dẫn hướng cho các tấm khuôn dương và khuôn âm đồng thời cho cả các tấm bên trong

Bạc dẫn hướng Tạo bạc để dẫn hướng cho trục

Đưa các tấm lói về vị trí cũ sau khi lói

Lò xo Để đảm bảo rằng các tấm lói hồi về vị trí cũ sau khi lói

Gối phụ Tránh cho các tấm không bị uốn hoặc lún

Bulong Cố định các chi tiết với nhau

Khuôn 2 tấm (sử dụng các tiêu chuẩn của FUTABA)

Kiểu khuôn này gồm hai bộ phận: cố định và di động Kênh nhựa (Runer) nằm trên bộphận cố định trong khi cổng bơm (Gate) nằm trên bộ phận di động

Các kiểu khuôn 2 tấm dòng S

Khuôn 3 tấm (dòng F và G)

Tấm kẹp trên -T Tấm kênh nhựa-R Tấm khuôn âm -A Tấm khuôn dương-B Tấm lót phụ-U Gối ñỡ-C Tấm gá lói-E Tấm lói-F Tấm kẹp dưới-L

GBB-Bạc dẫn kiểu B

hướng-GBA- Bạc dẫn hướng -kiểu A

SPN-Trục phụ RPN-Ty hồi

Khác với các kiểu khuôn khác là chúng không có trục dẫn hướng và bạc dẫnhướng Chức năng của trục hỗ trợ vừa làm trục hỗ trợ bên trong, vừa làm trục dẫnhướng Vì vậy đây thường là khổ khuôn lớn

Các kiểu khuôn 3 tấm dòng F

Các kiểu khuôn 3 tấm dòng G

Hệ thống khuôn bơm kim (dòng D và E)

Tấm kẹp trên -T Tấm kênh nhựa-R Tấm khuôn âm -A Tấm bững-S Tấm khuôn dương-B Trục phụ-SPN Tấm lót phụ-U Gối ñỡ-C Tấm lót lói-E Tấm lói-F Tấm kẹp dưới-L

GBA-Bạc dẫn hướng-kiểu A GBB- Bạc dẫn hướng-kiểu B GPN-Trục dẫn hướng

RPN-Ty hồi

Thêm vào đường phân khuôn trên tấm kênh nhựa Khi tấm khuôn âm và tấm khuônđóng mở thì tấm kênh nhựa cũng mở theo và tự động cắt cuống phun trong khi quátrình mở khuôn vẫn hoạt động Sự khác nhau giữa dòng D và E là dòng E không có tấmkênh nhựa

Hệ thống khuôn bơm kim dòng D

Hệ thống khuôn bơm kim dòng E

3.1.2 Biểu đồ thời gian của máy ép phun:

• Thời gian mở khuôn: ñây là một thời gian nhanh Khoảng thời gian này nên

thiết lập ngắn nhất nếu có thể

• Thời gian đóng khuôn: Là khoảng thời gian dịch chuyển để đóng khuôn chođến khi mở lại

• Thời gian phun: Thời gian ñiền ñầy nhựa vào lòng khuôn

• Thời gian giữ: Nhựa trong lòng khuôn được giữ với một áp suất thấp hơn áp suất phun để điền đầy thể tích khi nhựa rút trong các lòng khuôn

• Thời gian làm mát: Là thời gian từ từ lúc moment áp suất phun dừng cho đến

khi mở khuôn

• Thời gian lói: Là khoảng thời gian yêu cầu để lói sản phẩm ra khỏi khuôn

Quá trình ép đóng khuôn

Hành

Thời gian mở khuôn Thời gian đóng

Khoảng thời gian mở

Thời gian làm mát (sau khi khuôn bắt ñầu mở) Thời gian giữ

Biểu đồ thời gian ép nhựa3.1.3 Độ co rút:

Co rút là sản phẩm bị rút lại nhỏ hơn so với lòng khuôn ở một trạng thái bìnhthường sau khi sản phẩm được tạo ra dưới một áp suất cao và nhiệt độ cao.Thông thường độ co rút được tính theo kích thước hoặc phần trăm co rút

Những tác nhân nào ảnh hưởng đến co rút ?

• Nhiệt độ: Vùng có nhiệt độ cao hơn sẽ rút nhiều hơn vùng có nhiệt độ thấp

• Áp suất: Nơi có vùng áp suất cao hơn sẽ ít rút hơn, nơi có áp suất thấp thì nhựa sẽ rút nhiều hơn

• Thời gian: Áp suất phun dài hơn sẽ giữ cho nhựa bên trong lòng khuôn ít bị rút hơn

• Đặ c tính nhựa: Mỗi loại nhựa đều có một hệ số co rút với nhiệt độ khác nhau

Có thể sẽ có những khác biệt khi sử dụng ở những nhà cung cấp khác nhau dưới cùng một thông số ép

Ứng dụng độ co rút ?

Đây là phương pháp chung để ứng dụng độ co rút Ví dụ một sản phẩm có kíchthước 135.50mm, thêm độ co rút là 1.5% Kết quả :

135.50mm x (1 + 0.015) = 137.5325 mm

Vì thế kích thước sau khi tính toán co rút là 137.5325 mm Một

số vật liệu với hệ số co rút tương đối

Vật liệu nhựa Hệ số co rút Vật liệu nhựa Hệ số co rút

ABS 0.005-0.007 PE 0.015-0.050

Acetal, axially 0.021-0.026 PE,30% Glass 0.004-0.0045

Acetal, radially 0.018-0.020 PET( bottle grade) 0.005-0.012

để lại các vết lún hoặc rỗng có thể ñược giảm đi hoặc khử đi bằng cách nén trong lòngkhuôn sau khi điền đầy Vì thế nhà thiết kế phải quan tâm đến tính toán độ co rút đểtạo ra sản phẩm có kích thước hợp lý

“Sau khi làm mát và hóa rắn sản phẩm, lõi

khuôn bắt đầu được làm mát, độ co rút sẽ kéo căng bề mặt ở những thành chính gây

ra hiện tượng vết lún Nếu bề mặt đủ cứng

hiện tượng méo mó bề mặt sẽ được thay thế bằng hiện tượng rỗng bên trong.”

Một số phương pháp có thể để tránh hiện tượng vết lún hoặc rỗng:

• Hiệu chỉnh bề dày sản phẩm thiết kế, đề nghị giảm thiểu bề dày thay đổi

• Thiết kế lại bề dày các gân, các phần nhô, đề nghị lấy khoảng 50% đến 80% bề dày thành

• Tăng kích thước các kênh nhựa và cổng bơm để giảm thời gian đóng băng

• Thêm phần thoát khí hoặc làm lớn phần thoát khí (phần thoát khí cho phép phần khí thừa bên trong thoát ra ngoài khuôn)

• Xây dựng lại vị trí kênh nhựa

3.1.4 Thép làm khuôn:

Có nhiều loại thép cho khuôn nhựa với các tiêu chuẩn khác nhau Tùy theo sảnlượng mà yêu cầu độ bền khuôn và vật liệu làm khuôn khác nhau Chi phí cho vật tưlàm khuôn thường chiếm không quá 10% tổng giá trị bộ khuôn

A Bạc cuống phun (Sprue Bushing)

ðiểm “O” tiếp giáp

Phần cố ñịnh của khuôn

Phần di ñộng của khuôn Phần kéo cuống phun

Ty lói

Là bộ phận kết nối giữa đầu lò của máy ép nhựa với hệ thống các kênh nhựa Do đó để đảm bảo cho dòng nhựa chảy tốt thì phần trong của bạc cuống phun phải có độ bóng bề mặt tốt và một góc ngiêng hợp lý, đồng thời phải

có phần kéo cuống phun

để đảm bảo rằng cuống phun luôn được giữ lại ở phần di động của khuôn

B Hệ thống kênh nhựa

Hệ thống kênh nhựa là hệ thống phân phối để đưa dòng

nhựa nóng chảy từ đầu lò của máy ép nhựa đến lòng

khuôn Bạc cuống phun và hệ thống kênh nhựa nên thiết kế

sao cho ngắn nhất có thể được để đảm bảo rằng áp suất

trong khuôn không bị mất đi

C Hình dáng kênh nhựa

Hình dáng kênh nhựa có nhiều dạng khác nhau và nên thiết kế nhỏ nhất có thểđược mà vẫn đảm bảo dòng chảy tốt Tham khảo bảng ở hình dưới để tính toánkênh nhựa:

D Bố trí kênh nhựa

Bố trí kênh nhựa có rất nhiều kiểu khác nhau Tuy

nhiên, nguyên tắc chung là phải đảm bảo tổng chiều dài

của mỗi nhánh kênh nhựa tính từ điểm bơm của đầu lò

đến cổng bơm phải bằng nhau Điều này sẽ đảm bảo

dòng chảy sẽ có cùng áp suất, nhiệt độ đồng nhất

trong các lòng khuôn

E Kênh nhựa chính, kênh nhựa phụ và nhánh nhựa phụ

• Kênh nhựa chính: là phần nối giữa cuống phun và các kênh nhựa phụ

• Kênh nhựa phụ: là phần nối giữa kênh nhựa chính và cổng bơm

• Nhánh nhựa phụ: là phần thừa của kênh nhựa nhằm giữ nhiệt của nhánh và tránh tình trạng tăng dòng (overflow)

Cuống phun Sản phẩm

Kênh nhựa

Miệng phun

Nhánh

nhựa phụ

F Cổng bơm (miệng phun)

Là nơi trực tiếp đưa nhựa vào lòng khuôn Kích thước và vị trí cổng bơm quyếtđịnh đến chất lượng sản phẩm ép, hình dáng và kiểu cổng bơm phụ thuộc nhiều vàoyêu cầu sản phẩm

Sau đây là một số cổng bơm tham

khảo: Sprue gate (cổng rót)

Fan / Edge Gate (cổng quạt/cạnh) Tab Gate (cổng thẻ)

Overlap Gate (cổng chồng)

Diaphragm Gate (cổng màng) Spoke / Multi point Gate (cổng nan)

External Ring Gate (cổng vòng xuyến ngoài)

Pin Gate / Drop Gate (cổng ñiểm)

Submarine Gates (cổng luồn)

Tunnel Gates (cổng ngầm)

Hot Runner Gates (cổng kênh nhựa nóng)

Valve Gates (cổng van)

• Kiểm soát nhiệt độ trong khuôn phải phù hợp với điều kiện khuôn

• Bố trí đường làm mát phải hợp lý và giải nhiệt tối đa

• Hệ thống làm mát sẽ lưu thông tuần hoàn trong khuôn

Làm mát tốt

Sản phẩm tốt và chu trình ngắn

Làm mát không tốt

Sản phẩm không tốt

và chu trình dài

• Các kênh làm mát trong khuôn

• Hệ thống phân phối đường ống ra (collection manifold)

B B ố trí kênh làm mát

• Thông thường, hệ thống đường nước sẽ được tạo ra bằng phương pháp khoan hoặc phay Chính vì vậy các mặt thô bên trong sẽ làm dòng chảy thay đổi đột ngột và làm giảm sự trao đổi nhiệt, do đó chúng ta phải cung cấp lượng nhiệt lạnh đủ để đảm bảo sự trao đổi nhiệt tốt hơn

Bề dầy thành đường kính Khoảng tâm của Khoảng tâm của

mm (in) đường nước đường nước-lòng các đường nước

mm (in) khuôn

Bố trí đường nước tốt Bố trí đường nước không tốt

C Các ki ể u thi ế t k ế b ộ ph ậ n làm mát

Kiểu Series: Kênh làm mát được thiết kế theo một vòng kính từ lúc đường nước

vào cho đến khi đường nước ra, tức là chỉ một ñường nước vào và ra Kiểu Series tạo

ra một chu trình đường nước dài và làm giảm sự trao đổi nhiệt Do đó đường kínhđường nước phải thiết kế lớn hơn bình thường

nhau Điều quan trọng là mặt cắt của kênh vào và ra (D) phải lớn hơn các kênhnhánh (d).

Kiểu Sole: Khi mà phương pháp khoan không sử dụng được thì kiểu đường nướcsole sẽ được sử dụng Một số phương pháp ứng dụng kiểu sole được sử dụngnhư: vách ngăn, phun, ty nhiệt, ghép xoắn ốc

3.1.7 H th ng lói:

• Sau khi sản phẩm được làm mát trong khuôn để hình thành sản phẩm, khuôn được mở ra và lấy sản phẩm ra ngoài

• Quá trình lấy sản phẩm ra ngoài chính là quá trình lói

• Phương pháp lói phụ thuộc vào sản phẩm để tránh nguy hiểm

Một nguyên tắc cơ bản của quá trình lói là: sản phẩm sau khi mở khuôn phải nằm bên bộ phận lói

Ty lói

Một số phương pháp lói có thể sử dụng như:

• Lói ty hoặc lói bạc

• Lói thanh

• Lói van khí

• Lói bững

mặt rộng và kín thì thường có hiện

tượng sản phẩm bị hít vào các phần

khuôn âm và khuôn dương và ảnh

hưởng đến chất lượng sản phẩm khi

lói Để khắc phục hiện tượng này

người ta sử dụng van khí

Lói b ữ ng:

Lói bững là một dạng thích hợp hơn để có thể so sánh với dạng lói ty Bề mặt sảnphẩm được đẩy đi trong quá trình lói Lói bững chỉ có thể sử dụng khi đường phânkhuôn đơn giản, dễ gia công Thường có 3 dạng như hình dưới:

3.1.8 Góc thoát khuôn (góc ngiêng):

3.1.9 Con trượt trong

(undercut):

Hệ thống con trượt-Slider

• Khuôn phức tạp là dạng chi tiết có

cắt trong hoặc lõi mặt bên, có thể

sử dụng nhiều đường phân khuôn

hoặc phần trượt khuôn dương

Các phần lõi này có thể họat động

bằng tay, bằng cơ khí, bằng thủy

lực, bằng khí nén hoặc bằng cơ

điện

• Góc ngiêng của chốt xiên tối đa là

20° - 25° Góc này có gi ới hạn bởi vì

• Khi đóng khuôn, chốt xiên sẽ dẫn hướng đưa con trượt mang phần lõi mặt bên

áp sát vào thành khuôn và chúng được khóa chặt bằng khóa trượt Khi mởkhuôn, chốt xiên đưa con trượt ra ngoài và được cố định vị trí bằng hệ thống bichặn hoặc cử chặn