Nghiên cứu thiết kế khuôn ép phun chất dẽo nhờ sự trợ giúp các phần mềm cadcam và mô phỏng quá trình đúc phun bằng phần mềm moldflow plastics insights 5 0

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-


 -

LƯU VĂN TOÁN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN CHẤT DẺO NHỜ SỰ TRỢ GIÚP CÁC PHẦN MỀM CAD/CAM(SOLIDWORKS 2008, MASTERCAM X)

VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ðÚC PHUN BẰNG PHẦN MỀM MOLDFLOW PLASTICS INSIGHTS 5.0

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tác giả luận văn

Lưu Văn Toán

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS ðinh Bá Trụ người ñã trực tiếp hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình làm ñề tài và hoàn thành Luận văn cùng tập thể các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Cơ khí – Khoa Cơ ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện

ñề tài

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo trong khoa Cơ ðiện ñã trực tiếp giảng dạy tôi trong suốt quá trình học tập tại trường Cảm ơn Trường Cao ñẳng Kinh tế kỹ thuật Vinatex và bạn bè ñồng nghiệp ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi và giúp ñỡ tôi hoàn thành Luận văn này

Tác giả luận văn

Lưu Văn Toán

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ ðÚC PHUN SẢN PHẨM NHỰA 5

1.1.3 Những tính chất của chất dẻo 9

1.1.4 Các chất phụ gia sử dụng trong chất dẻo 9

1.2 Các phương pháp gia công chất dẻo 11

1.4.1 Phân loại máy ñúc phun 16

1.4.2 Nhiệm vụ và ñặc trưng quan trọng của các cụm kết cấu 17

1.5.1 Giai ñoạn dẻo hóa và chuyển hóa vật liệu sang trạng thái nóng

1.5.2 Giai ñoạn ñiền ñầy khuôn và làm nguội sản phẩm 21

1.5 3 Giai ñoạn lấy sản phẩm ra khỏi khuôn 23

1.6 Thiết kế khuôn ép phun nhựa 23

1.6.1 Giới thiệu chung về khuôn và khuôn ñúc phun 23

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CAD/CAM GIỚI THIỆU PHẦN MỀM 3D

TRONG THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VÀ GIA CÔNG KHUÔN 43

2.1 Nguyên lý chung của kỹ thuật CAD/CAM 43

2.2 Quy trình chế tạo khuôn ứng dụng CAD/CAM 47

2.3 Phần mềm SolidWorks 47

2.3.2 Giao diện phần mềm Solidworks 48

2.3.3 Mở một bản vẽ SolidWorks 49

2.4 Phần mềm Moldflow Plastics Insights 54

2.4.2 Giao diện phần mềm Moldflow Plastics Insights 54

2.5.2 Giao diện vùng làm việc của Mastercam X 59

2.5.3 Thiết lập thông số gia công trên máy 62

2.5.4 Một số phương pháp gia công bề mặt trên máy phay: 63

2.6.1 Giao diện của phần mềm Delcam 66

2.6.2 Một số tính năng chính của phần mềm Delcam 66

3.1.2 Ứng dụng phần mềm Solidworks trong thiết kế cánh quạt nhựa 71

3.2 Thiết kế khuôn ép phun cho chi tiết cánh quạt bằng phần mềm

3.2.1 Các thông số dữ liệu cho khuôn 77

3.2.2 Tính toán thông số khuôn 79

3.2.3 Thiết kế khuôn ép phun sản phẩm cánh quạt nhựa bằng

3.3 Ứng dụng Moldflow Plastics Insights ñể mô phỏng khảo sát dòng

chảy nhựa và tối ưu hoá thiết kế khuôn 94

3.3.1 Mục ñích mô phỏng dòng chảy trong khuôn 94

3.3.2 Lưu ñồ thuật toán thiết kế và mô phỏng bằng Moldflow 95

3.3.3 Nhập các thông số cần thiết cho mô phỏng dòng chảy nhựa 95

3.3.4 Lựa chọn vị trí ñiểm phun, phương án phun 99

3.3.5 So sánh phương án phun trực tiếp và phương án phun với 2

CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÒNG

4.1 Phân tích chức năng và ñiều kiện làm việc của chi tiết 108

4.1.1 Chức năng làm việc của chi tiết 108

4.1.2 ðiều kiện làm việc của chi tiết 108

4.1.3 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 108

4.1.4 Xác ñịnh dạng sản suất 109

4.2 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi 109

4.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 111

4.3.1 Xác ñịnh ñường lối công nghệ 111

4.3.2 Chọn phương án gia công 112

4.4 Lập tiến trình công nghệ gia công lòng khuôn bằng phần mềm

4.4.2 Gia công lòng khuôn (mặt trước chày) 116

DANH MỤC BẢNG

2 Sự khác nhau giữa chất dẻo kết tinh và chất dẻo vô ñịnh hình 7

3 ðiểm nhiệt ñộ nóng chảy và hoá rắn ñối với mỗi loại nhựa 8

DANH MỤC HÌNH

1.2 Sơ ñồ công nghệ ñùn chất dẻo 12

1.3 Kết cấu máy ép phun ñiển hình 16

1.6 Quan hệ giữa thời gian ñúc và nhiệt ñộ khuôn 20

1.7 Dòng chảy nhựa ñược ép vào khuôn 20

1.9 Kết cấu khuôn 2 tấm có kênh dẫn nguội 26

1.10 Kết cấu khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng 26

1.12 Kết cấu khuôn nhiều tầng 28

1.17 Các thông số miệng phun cuống phun 30

1.18 Các thông số miệng phun cạnh 31

1.19 Các thông số miệng phun kiểu băng 31

1.20 Các thông số miệng phun kiểu ñường hầm 32

1.30 Sản phẩm khuyết tật khi bị cong vênh 39

1.31 Các sản phẩm khuyết tật khi bị thiếu nhựa 41

2.1 Sơ ñồ nguyên lý chung kỹ thuật Cad/Cam 43

2.5 Giao ñiện phần mềm Solidworks 48

2.6 Giao diện của phần mềm Moldflow Plastics Insights 55

2.7 Giao diện phần mềm Mastercam X 60

2.8 Chọn toạ ñộ gia công trong Mastercam X 62

2.9 Chọn vùng an toàn trong gia công trong Mastercam X 63

2.10 Các bề mặt gia công trong Mastercam X 63

2.11 Chọn các thông số dao trong Mastercam X 64

2.12 Chọn chiều sâu cắt trong Mastercam X 65

2.13 Giao diện của phần mềm Delcam 662.14 Xuất sang file NC từ Delcam 67

3.2 Kết cấu chi tiết của cánh quạt nhựa 69

3.4 Các thông số kích thước cánh quạt Senko 400 72

3.11 Tạo chiều dày cho cánh quạt 75

3.13 Nhân bản thành 3 cánh quạt 76

3.14 Cánh quạt 3D hoàn chỉnh bằng phần mềm solidworks 77

3.15 Tính khối lượng cánh quạt bằng phần mềm Solidworks 78

3.16 Kích thước bạc cuống phun theo tiêu chuẩn 79

3.25 Ứng dụng ñặc tính Mold thiết kế lòng khuôn 84

3.26 Kích thước miếng ghép lòng khuôn (tấm chày) 85

3.27 Kích thước miếng ghép lõi khuôn (tấm cối) 85

3.28 Nhập tạo ñộ tham chiếu vào moldworks 86

3.29 Khai báo thông số lòng khuôn và lõi khuôn 87

3.31 Lựa chọn kích thước khuôn 88

3.32 Hiệu chỉnh các thông số của khuôn 88

3.33 Khuôn ép phun cánh quạt nhựa sử dụng Moldworks 89

3.35 Bổ sung hệ thống làm mát chi tấm ñỡ chày 90

3.36 Bổ sung hệ thống làm mát cho tấm ñỡ cối 91

3.37 Bổ sung hệ thống làm mát cho tấm chày 91

3.38 Hệ thống làm mát cho tấm cối 92

3.39 Hiệu chỉnh khoảng cách giữa các kích thước cho phù hợp 92

3.40 Khuôn ép phun chi tiết cánh quạt nhựa Senko 400 93

3.41 Bản vẽ chi tiết bộ khuôn ép phun cánh quạt nhựa Sen ko 400 93

3.32 Các khả năng phân tích mô phỏng của Moldflow 94

3.33 Lưu ñồ thiết kế mô phỏng cánh quạt nhựa Senko 400 95

3.34 Nhập mô hình vào Moldflow 96

3.35 Lưu tên cho mô hình phân tích 96

3.37 Chia lưới cho mô hình phân tích 97

3.38 Lựa chọn phương pháp ñúc phun 97

3.39 Lựa chọn vật liệu nhựa ñúc 98

3.41 Thiết lập thông số quá trình ñúc 98

3.42 Lựa chọn thông số mô phỏng 99

3.43 Sử dụng phần mềm chọn vị trí ñiểm phun tối ưu 100

3.45 Mô phỏng thời gian ñiền ñầy 101

3.46 Bảng tổng hợp thời gian ñiền ñầy 101

3.47 Thời gian nguội của chi tiết 102

3.48 Phân bố áp xuất theo vùng 102

3.49 Lực kẹp khuôn theo thời gian 103

3.50 Khả năng ñiền ñầy theo thời gian 103

3.51 Vị trí bị rỗ khí khuyết tật 104

3.53 ðộ cong, vênh theo phương X 105

3.54 ðộ cong, vênh theo phương Y 105

3.55 ðộ cong, vênh theo phương Z 105

4.1 Kích thước tấm chày trên 110

4.2 Kích thước phôi tấm chày trên 111

4.3 Gia công thô mặt sau chày 113

4.5 Gia công thô trên PowerMill Pro 10 115

4.6 Gia công tinh trên PowerMill Pro 10 116

4.7 Gia công thô mặt lòng khuôn 117

4.8 Gia công bán tinh mặt lòng khuôn 118

4.9 Gia công tinh lòng khuôn 119

4.10 Xuất sang mã gia công NC 119

PHẦN MỞ ðẦU

Từ cuối thế kỷ 20, khi dầu mỏ trở thành nhiên liệu chiến lược, cùng với nó một loạt các sản phẩm phụ ra ñời trong ñó có chất dẻo, một vật liệu mang tính cách mạng của nửa sau thế kỷ 20

Chất dẻo dần ñã trở thành một vật liệu vô cùng quan trọng phục vụ công nghiệp và dân dụng Nhiều chi tiết, cụm máy ñược chế tạo từ chất dẻo, chất dẻo dần thay thế các vật liệu khác như thép tấm, nhôm

Vật liệu nhựa với các tính chất như: ñộ dẻo dai, nhẹ, chịu hóa học tốt, cách ñiện tốt, nếu có các chất phụ gia làm tăng một số tính năng cơ - hóa - nhiệt - ñiện càng làm cho vật liệu nhựa trở lên thông dụng ñáp ứng ñược nhiều tính năng sử dụng Vật liệu nhựa ngày càng ñược sử dụng rộng rãi ñể thay thế các vật liệu như: sắt, nhôm, gang, ñồng ñang ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên Vì vậy vật liệu nhựa ngày nay ñã trở thành ngành quan trọng trong công nghiệp gia dụng Ngành công nghiệp nhựa

ñã phát triển rất nhanh trong thời gian qua kéo theo ñó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa bằng nhiều công nghệ khác nhau ñặc biệt trong ñó phải kể ñến công nghệ ép phun và ngành công nghiệp thiết kế, chế tạo khuôn ép phun sản phẩm nhựa ra ñời và cho

ra vô số các sản phẩm với ñủ kiểu dáng chủng loại phục vụ cho ñời sống của con người Ở nước ta việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa phục vụ cho ñời sống cũng như trong kỹ thuật ñang ñược phát triển rất mạnh mẽ,

số lượng các cơ sở sản xuất ứng dụng phương pháp gia công mới ngày càng nhiều, gia công ñược các chi tiết có biên dạng ngày càng ña dạng Năm 2009, toàn ngành nhựa sản xuất 3.200 tấn nhựa Các sản phẩm quan trọng nhất là bao bì nhựa chiếm khoảng 39%, nhựa vật liệu xây dựng và nhựa gia dụng ñều chiếm 21%, và nhóm nhựa kĩ thuật chiếm khoảng 19% Năm 2010 dự kiến kim ngạch xuất khẩu toàn ngành nhựa ước ñạt khoảng 1 tỷ USD Ngày 30/12, Bộ Công Thương vừa tổ chức Hội thảo

"Quy hoạch phát triển ngành nhựa Việt Nam ñến năm 2020, tầm nhìn ñến năm 2025", ñiều ñó chứng tỏ tầm quan trọng của ngành nhựa Việt Nam Hiện nay tại Nam ðịnh ñã nhập về nhiều máy ép phun nhựa hiện ñại, nhưng các khuôn ñều có chất lượng thấp Hầu hết các doanh nghiệp ñều phải ñặt mua khuôn mẫu của Tp Hồ Chí Minh hoặc của Trung Quốc Nhu cầu về số lượng và chủng loại rất lớn Nam ðịnh có thể gia công trên máy CNC với các mẫu có sẵn, nhưng do chưa nắm ñược công nghệ thiết

kế Trong ñó, vấn ñề quan trọng nhất là chưa nắm ñược tính chất dòng chảy của nhựa trong lòng khuôn, nên khi chế tạo xong phải ép thử rất nhiều lần, rất tốn kém về tiền khuôn chế thử Từ ñó làm tăng giá thành sản phẩm

Trước tình hình ñó, ñể góp phần tăng trưởng kinh tế của Nam ñịnh, giảm giá thành sản phẩm và tăng chủng loại tạo thế cạnh tranh cao cho các doanh nghiệp, cần thiết phải nắm ñược công nghệ thiết kế chế tạo khuôn ép phun nhựa, một công nghệ hiện ñại và có nhiều bí quyết kỹ thuật

ðề tài: “Nghiên cứu thiết kế khuôn ép phun chất dẻo nhờ sự trợ

giúp các phần mềm CAD/CAM(Solidworks 2008, MasterCam X) và mô phỏng quá trình ñúc phun bằng phần mềm Moldflow Plastics Insights 5.0” mong muốn làm rõ các vấn ñề cơ sở khoa học về công nghệ ép phun,

về sử dụng công nghệ mô hình hoá ñể thiết kế khuôn và công nghệ mô phỏng ñể kiểm tra chất lượng khuôn

1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài

1.1 Cơ sở khoa học:

ðề tài nghiên cứu các thuộc tính của nhựa, các yêu cầu công nghệ khi

ép phun các chủng loại nhựa, làm cơ sở ñịnh ra chế ñộ công nghệ ép phun ðồng thời cần khảo sát dòng chảy của nhựa trong khuôn qua các rãnh dẫn, ñậu ñến ñiền ñầy lòng khuôn, từ ñó tìm cách ñiều chỉnh dòng chảy, tối ưu

công nghệ ñể ñiền ñầy lòng khuôn tốt nhất, lập trình gia công tối ưu hoá các thông số gia công trên phần mềm và chuyển mã sang máy gia công trực tiếp

1.2 Tính thực tiễn:

ðề tài sử dụng công nghệ thiết kế khuôn 3D ñể dựng hình sản phẩn, tạo lòng khuôn ép và công nghệ mô phỏng số phân tích dòng chảy và nhiệt từ ñó phân tích các tham số ðây là một công nghệ thiết kế hiện ñại, tiết kiệm giai ñoạn chế thử và mang lại tính cạnh trạnh cao cho sản phẩm Nắm ñược công nghệ này có ích cho việc ñưa công nghệ cao vào ñào tạo tại Nam ðịnh và ñưa KHCN của Nam ðịnh lên 1 bước

2 Mục tiêu của ñề tài

Mục tiêu ñề tài nghiên cứu công nghệ thiết kế hiện ñại sử dụng phần mềm CAD/CAM ñể thiết kế khuôn và mô phỏng quá trình ép, tối ưu hóa thiết

kế khuôn và lập trình gia công khuôn

Các kết quả phải ñược:

a Nắm chắc các ñặc tính của nhựa sử dụng trong sản xuất hàng dân sinh

b Nắm chắc kết cấu khuôn, máy ép phun và cách vận hành máy;

c Sử dụng phần mềm công nghiệp SOLIDWORKS-COSMOS ñể mô hình hóa 3D và mô phỏng dòng chảy của nhựa bằng MolFlow và phần mềm gia công MasterCAM, DelCam

d Nắm ñược công nghệ thiết kế khuôn và tối ưu hóa các thông số lòng khuôn;

e Phương pháp lập trình gia công, ñiều khiển quá trình gia công tối ưu

3 Phương pháp nghiên cứu

- Về lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan tài liệu về ép phun và dòng chảy nhựa;

f Nghiên cứu sử dụng thành thạo phần mềm công nghiệp SOLIDWORKS-COSMOS , MolFlow , MasterCAM

- Về thực nghiệm: Thực hiện thiết kế mô hình khuôn 3D; mô phỏng dòng chảy nhựa, xác ñịnh bài toán nhiệt của nhựa và khuôn, tính toán thời gian ñiền ñầy khuôn và khảo sát quá trình ép phun

4 Nội dung nghiên cứu

Mở ñầu: Tình hình ép nhựa tại Nam ñịnh

Chương 1: Công nghệ ñúc phun sản phẩm nhựa

Chương 2: Kỹ thuật CAD/CAM/CNC giới thiệu các phần mềm 3D trong thiết kế, mô phỏng gia công khuôn

Chương 3: Thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM

Chương 4: Quy trình công nghệ gia công lòng khuôn

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ ðÚC PHUN SẢN PHẨM NHỰA

Công nghệ ñúc phun (hay ép phun) là phương pháp chế tạo sản phẩm

từ một loại vật liệu phi kim loại: chất dẻo Nó ñóng vai trò như bộ phận chính trong nền công nghiệp nhựa toàn thế giới, chiếm tỷ trọng 32% sản phẩm nhựa sản xuất ra hàng năm (chỉ ñứng sau công nghệ ñùn với tỷ trọng 36%) Nội dung chương giới thiệu tổng quan về chất dẻo, các phương pháp gia công chất dẻo rồi tập trung vào công nghệ ép phun

1.1 Chất dẻo

1.1.1 ðịnh nghĩa chất dẻo:

Chất dẻo là loại vật liệu nhân tạo ñược sản xuất từ các chất hữu cơ, ở nhiệt ñộ nhất ñịnh chất dẻo trở lên mềm dẻo và có thể tạo hình ñược dưới áp suất cao

ða số các loại chất dẻo ñều có cấu tạo hóa học phức tạp mà cơ sở của

nó là các liên kết hữu cơ cao phân tử ñược gọi là Polyme (Polyme là một hợp chất gồm các phân tử ñược hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một loại hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử (ñơn vị cấu tạo monome) liên kết với nhau với số lượng khá lớn ñể tạo lên một loạt các tính chất mà chúng thay ñổi không ñáng kể khi lấy ñi hoặc thêm vào một vài ñơn vị cấu tạo) Dưới ñây là biểu ñồ phân loại các vật liệu trong ñời sống trong ñó chất dẻo phân chia làm nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn

Hình 1.1: Sơ ñồ phân loại vật liệu

1.1.2 Phân loại chất dẻo

Theo tính công nghệ của vật liệu người ta chia chất dẻo thành 2 nhóm:

Chất dẻo nhiệt dẻo và chất dẻo nhiệt cứng

1 Chất dẻo nhiệt dẻo

a ðịnh nghĩa chất dẻo nhiệt dẻo

Bảng 1.1: Công dụng của một số loại nhựa nhiệt dẻo

Polyethylene

(PE)

[PE mật ñộ thấp]

ðồ ñựng thực phẩm, ñồ uống, lọ ñựng thuốc, màng ñóng gói, vỏ dây ñiện, ñồ chơi, ñồ gia dụng

[PE mật ñộ cao]

Túi sách hàng, túi ñựng rác, hộp ñựng xà phòng bột, ống thoát nước, ống dẫn khí

Polypropylene

(PP)

Chi tiết nội thất và bên ngoài của ô tô, màng bao gói thực phẩm, bồn máy giặt, thùng nhựa, can nhựa, các ngăn tủ, ghế, chén tách mỏng, ñồ bếp núc

[Vật liệu PVC mềm] Vật liệu lát sàn và vật liệu dán tường, gói thực phẩm, ống trong nông nghiệp

Polystyrene

(PS)

Hộp nhựa trong suốt ñựng thức ăn (HIPS), các bộ phận cho thiết bị ñiện gia dụng lớn như tivi, tủ lạnh, máy giặt, máy ñiều hoà, vật liệu cách nhiệt, bình chứa

Polycarbonate

(PC)

Máy tính cá nhân, máy in, máy Fax, ñiện thoại di ñộng, ñĩa cứng như CD và DVD, pha ñèn xe ô tô, mặt ñồng hồ, vật liệu lợp, nhà ñể xe, vật liệu cách âm trong xây dựng

Polyamide

(PA)

Các chi tiết chuyển ñộng của máy (bạc lót, bánh răng, cam vv) kẹp tài liệu, bulông

- Chất dẻo nhiệt dẻo là loại vật liệu có cấu trúc phân tử chuỗi ñường, chúng có thể chuyển ñộng khi nhiệt ñộ tăng Các chất nhiệt dẻo như: PE, PP,

PS, PVC, PA, PMMA, POM, ABS, PC, PAN, SAN

- Chất dẻo nhiệt dẻo có thể tái chế ñược Chất dẻo ñạt ñến trang thái mềm hoặc tan chảy ñược phun vào hốc khuôn trong quá trình ñúc Khi hạ bớt nhiệt nhựa sẽ ñông cứng lại Nhựa ñông cứng có thể mềm trở lại dưới tác ñộng của nhiệt

- Nhựa dẻo nhiệt dẻo có thể phân thành chất dẻo kết tinh và chất dẻo vô ñịnh hình , cả hai ñều có thể dùng cho khuôn ñúc phun Chu trình ñúc có thể ngắn hơn so với chất dẻo nhiệt rắn Dưới ñây là các sản phẩm của nhựa nhiệt dẻo

b Phân loại chất dẻo nhiệt dẻo

Chất dẻo nhiệt dẻo có thể phân thành hai loại: chất dẻo kết tinh và chất dẻo vô ñịnh hình

Chất dẻo kết tinh:

Chuỗi các phân tử các chất dẻo ñặc ñược liên kết rất ñều, nhiều chuỗi phân tử này không cho phép ñảm bảo chính xác kích thước Các loại chất dẻo này gồm có: Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polyamide (PA)

Chất dẻo vô ñịnh hình:

Các chất dẻo này không hợp thành chuỗi liên kết ñều ñặn, chỉ có ở trạng thái rắn Dễ ñảm bảo kích thước chính xác hơn so với chất dẻo kết tinh Các loại chất dẻo vô ñịnh hình gồm có: Polyvinylchloride (PVC), Polystyrene (PS), Polycarbonate (PC), Acrynonitrilebutadienstylene (ABS)

Bảng 1.2 Sự khác nhau giữa chất dẻo kết tinh và chất dẻo vô ñịnh hình

- Chuỗi các phân tử của

các chất dẻo ñặc ñuợc liên

kết rất ñều, nhiều chuỗi phân

tử này không cho phép ñảm

Bảng 1.3 ðiểm nhiệt ñộ nóng chảy và hoá rắn ñối với mỗi loại nhựa

Nhiệt ñộ khuôn Polyethylene

(PE)

110 - 141 200 - 300 100 - 200 15 - 75 Polypropylene(PP) 168 - 186 200 - 300 100 - 200 15 - 90

Chất

dẻo kết

tinh

Polyamide (PA)

215 - 265 220 - 350 145 - 170 20 - 90

Polyvinyl chloride (PVC)

Polystyrene (PS)

100 - 240 170 - 310 100 20 - 60

Polycarbonate (PC)

80 - 255 200 - 300 80 - 125 40 - 85

2.Nhựa nhiệt rắn:

Bảng 1.4 Công dụng một số loại nhựa nhiệt rắn

Loại nhựa này mềm ñi khi chịu nhiệt nhưng không tan chảy Chất dẻo này ñược ñùn vào phía trong hốc khuôn khi nó mềm Vật liệu này ñóng cứng chậm hơn do có phản ứng hoá học bởi sự gia tăng nhiệt ñộ Chất dẻo nhiệt rắn khi bị cứng lại nó sẽ không mềm như cũ cho dù ñược nung nóng Các chất

dẻo nhiệt rắn ñều là các loại nhựa vô ñịnh hình, một vài thứ không phù hợp với ñúc phun Chu trình ñúc với các chất dẻo này là dài hơn

- Chỉ số nóng chảy: là chỉ số thể hiện tính lưu ñộng của vật liệu nhựa khi gia công Chỉ số chảy càng lớn thể hiện tính lưu ñộng của vật liệu càng cao và

dễ gia công và ngược lại

- ðộ hút ẩm (ñộ hút nước): Mức ñộ hút nước ñược xác ñịnh bằng mức hút nước của nhựa

- ðộ co nhiệt của nhựa: ðộ co nhiệt của nhựa là % chênh lệch giữa kích thước sản phẩm sau khi ñã lấy ra khỏi khuôn ñược ổn ñịnh, ñịnh hình theo kích thước của khuôn ðây là một chỉ số rất quan trọng khi thiết kế khuôn nhằm tạo ra sản phẩm có ñộ chính xác cao

2 Tính chất hoá học

- Tính chịu hoá chất: ða số các loại nhựa thường bền khi chịu tác ñộng của môi trường khí quyển Hơn nữa chúng còn bền với các loại hoá chất như axít, kiềm, muối và các loại hoá chất khác

- Tính chịu thời tiết, khí hậu: là tính thay ñổi về chất lượng ñộ bền của sản phẩm dưới ảnh hưởng của ánh sáng, nhiệt ñộ, không khí Quá trình giảm ñộ bền dưới tác ñộng của khí hậu gọi là sự lão hoá của nhựa Người

ta thường dùng thêm một số chất phụ gia có tác dụng hạn chế quá trình lão hoá của nhựa

1.1.4 Các chất phụ gia sử dụng trong chất dẻo

1 Chất bôi trơn:

Chất bôi trơn trong nhằm giảm ma sát giữa các mạch hay ñoạn mạch cao phân tử của chất dẻo và cải thiện tính chất chảy dưới tác dụng của nhiệt Chất bôi trơn ngoài nhằm làm tránh sự bám dính giữa nhựa với bề mặt trong lòng

xy lanh, bề mặt trục vít và khuôn Các loại chất bôi trơn gồm có: Rượu béo, axít béo, …

2 Chất hoá dẻo:

Có trong nhựa nhằm cải thiện sự hoá dẻo, dễ dàng ñiền ñầy khuôn và tạo

ra sự mềm dẻo của sản phẩm Ví dụ: Este của axit hay rượu, Butanol, Glycol

3 Chất ổn ñịnh:

Gồm các loại ổn ñịnh nhiệt, ổn ñịnh tia tử ngoại, chất chống lão hoá…nhằm mục ñích tránh phá huỷ ñặc biệt do nhiệt trong quá trình gia công hoặc sự dụng sản phẩm chất dẻo Chất ổn ñịnh nhiệt chủ yếu dùng cho nhựa PVC nhằm tránh tạo ñuôi trong quá trình gia công (muối Cadmium, Calcium…) Chất ổn ñịnh ánh sáng ñể bảo vệ chất dẻo dưới ánh nắng mặt trời (Các bon ñen, bột màu ) Chất chống lão hóa nhằm mở rộng khoảng nhiệt ñộ sử dụng của nhựa (phòng lão Fenolic, Amin …)

4 Chất chống tĩnh ñiện:

Sự tích ñiện trên bề mặt vật liệu không dẫn ñiện có thể khử bằng cách sử dụng chất chống tĩnh ñiện ñể tạo nên một lớp bề mặt háo nước Các loại chất chống tĩnh ñiện gồm: các chất hoạt ñộng bề mặt, muối vô cơ,…

5 Chất làm chậm cháy:

Tạo nên sự kháng cháy cho chất dẻo Các chất chậm cháy thường có chứa nhôm, Antimon, Brom,…Chất chậm cháy thường dưới dạng oxit vô cơ hay phân tử hữu cơ có chứa yếu tố Halogen

6 Chất tạo xốp:

Làm cho sản phẩm chất dẻo có những lỗ xốp bên trong Có hai loại chất tạo xốp: Chất tạo xốp vật lý (tạo xốp bằng cách giãn nở khí nén, bốc hơi chất lỏng, hòa tan của chất rắn), chất tạo xốp hoá học (tạo xốp bằng cách tự phân hủy ở nhiệt ñộ cao)

7 Chất tạo màu:

ðược chia làm hai loại: Thuốc nhuộm và chất màu Thuốc nhuộm là chất hữu cơ tan trong nhựa, nhưng không bền nhiệt Chất màu là chất vô cơ không

tan trong nhựa, kháng nhiệt hơn thuốc nhuộm

1.2 Các phương pháp gia công chất dẻo

Có nhiều công nghệ ñược sử dụng ñể tạo ra sản phẩm nhựa Tùy vào vật liệu, hình dạng, yêu cầu chất lượng hay số lượng sản xuất mà ta chọn loại gia công phù hợp

1.2.1 Công nghệ cán

Quá trình cán là một trong những phương pháp sản xuất của công nghiệp gia công chất dẻo mà trong ñó vật liệu chất dẻo, nhiệt dẻo ñuợc chế tạo thành tấm hoặc màng Các máy cán thường sử dụng ñó là các máy cán có

4 hoặc 5 trục cán xếp theo các dạng chữ I, L, F, Z Các loại vật liệu thường dùng ñể cán: PVC cứng và PVC mềm, các copolyme từ PVC, Polistirol và

ABS, các chất Polyolefin…

1.2.2 Công nghệ phủ chất dẻo

Công nghệ tráng phân lớp ñược hiểu là quá trình phủ bọc lớp chất dẻo lên vật liệu cốt dạng tấm mềm dễ uốn (như vải, giấy, sợi tự nhiên, sợi tổng hợp,…) Có nhiều phương pháp phủ như phết bằng dao phết, tráng phân lớp bằng trục trụ tròn, tẩm nhúng, …

1.2.3 Công nghệ ñùn

Từ chất dẻo dạng hạt hoặc bột, ta thu ñược sản phẩm sản xuất liên tục

ví dụ như sản xuất ống gọi là thiết bị máy ñùn Máy ñùn thực chất là một

thành viên trong dây chuyền sản xuất Nó gồm có thiết bị tạo hình, bộ phận chỉnh hình, bộ phận kéo sản phẩm, bộ phận thu sản phẩm hoặc cắt sản phẩm

thành từng ñoạn nhất ñịnh

Hình 1.1: Sơ ñồ công nghệ ñùn chất dẻo

Khối chất dẻo nóng chảy cần có ñộ cứng nhất ñịnh ñể lúc khởi ñầu ñịnh hình giữ ñược hình dạng tạo ra nó Gia công ñùn ñược sử dụng ñể gia công ñối với sản lượng lớn chủ yếu là các chất dẻo như PVC cứng, PVC mềm, PE,

và PP

1.2.4 Gia công vật thể rỗng

Công nghệ tạo hình rỗng ñược hiểu là người ta tạo hình ñoạn ống nhựa nhiệt dẻo ñược ñùn ra bằng khí nén áp lực cao từ phía trong nó thành sản phẩm cần chế tạo Khâu thổi sản phẩm ñược tiến hành trong khuôn rỗng hai nửa sao cho ñoạn ống chất dẻo ñược ñùn ra ở trạng thái nóng sẽ tiếp nhận biên dạng của khoang rỗng trong khoang mẫu, sau ñó ñược làm nguội Vật liệu cho sản phẩm này chủ yếu là Polyetylen (85%) tạo ra các mặt hàng ñể ñóng gói sản phẩm

1.2.5 Công nghệ ép

Quá trình ép là quá trình gia công trong ñó vật liệu ñã dẻo hoá sơ bộ hoặc ñã ñược nung nóng sơ bộ, ñược tạo viên, ñược ñịnh lượng vào khoang khuôn Sau ñó ở nhiệt ñộ ñủ xác ñịnh sau khi khuôn ñóng, dưới áp lực vật liệu

ép ñược tiến hành tạo lưới thành sản phẩm Nguyên công ép chủ yếu ñể gia công các sản phẩm từ các xốp chất dẻo, từ Polyolefin có phân tử lượng lớn như PE, PP ñến các chất dẻo họ xellulo

1.2.6 Công nghệ tạo xốp chất dẻo

Xốp chất dẻo là một kiểu ñặc biệt của hệ thống phối hợp khi không khí hoặc một loại khí nào ñó ñược phun vào trong chất dẻo ðể thực hiện quá trình tạo xốp người ta sử dụng cả chất dẻo lẫn vật liệu cơ bản trong 3 dạng sau:

- Nhiệt dẻo trong trạng thái nóng chảy

- Bột nhão hoặc Polyme hạt

- Hai hoặc nhiều vật liệu ở trạng thái lỏng mà giữa chúng xảy ra phản ứng hoá học

Dựa vào quá trình gia công xốp ta chia nhựa nhiệt dẻo làm 3 nhóm:

- ðược tạo xốp trong trạng thái nhớt như PS

- ðược tạo xốp trong trạng thái nóng chảy như PVC, PE

- Quá trình tạo xốp tiến hành từ trạng thái lỏng như UF, PF

1.2.7 Công nghệ hàn chất dẻo

Quá trình hàn chất dẻo là quá trình trong ñó các mối liên kết chất nhiệt dẻo ñựơc thực hiện nhờ áp lực với việc sử dụng vật liệu hàn hoặc không sử dụng vật liệu hàn Chất dẻo có phân tử lượng quá lớn không thể hàn ñược

1.2.8 Công nghệ dán chất dẻo

Quá trình dán là phương pháp ghép nối hiện ñại, bằng phương pháp này

ta tạo ra các mối ghép khó có thể tháo gỡ ñược

1.2.9 Công nghệ ñúc phun

Công nghệ ñúc phun (hay ép phun) là phương pháp tạo hình sản phẩm nhựa trong lòng khuôn dưới áp suất cao Nhựa ñược hóa lỏng rồi ñược phun vào khuôn nhờ piston hay trục vít Sau khi ñiền ñầy khoang khuôn, nhựa bắt ñầu ñông ñặc lại cho tới nhiệt ñộ nhất ñịnh thì ñược ñẩy ra ngoài

1.3 Công nghệ ñúc phun gia công sản phẩm nhựa

- Vật liệu sử dụng trong công nghệ ñúc phun thường ở dạng hạt Phương pháp ñúc sử dụng ñể gia công cho cả chất nhiệt dẻo cũng như nhiệt cứng Chất nhiệt dẻo ñược gia công ở dạng nguyên hoặc pha màu, pha thêm phụ gia hoặc tạo thành xốp Chất nhiệt cứng dưới tác dụng của nhiệt mềm ra, sau ñó tạo cấu trúc lưới chuyển sang trạng thái hoà tan, không nóng chảy Hầu hết lý thuyết về gia công ñúc phun sử dụng cho gia công nhựa nhiệt dẻo, tỷ trọng nhựa nhiệt dẻo bằng cách phương pháp ñúc phun chiếm tới 90%

- Phương pháp ñúc có lợi về mặt kinh tế khi sử dụng nó ñể sản xuất các sản phẩm ñịnh hình với số lượng lớn Nhiệt ñộ gia công khoảng

chuyển sang trạng thái nóng chảy thuận tiện cho việc gia công áp lực

- Sản phẩm vật ñúc phải có chiều dày không khác nhau nhiều, không có góc nhọn và phải có góc nghiêng ñể dễ ñẩy

Dưới ñây là một số loại nhựa thông dụng chuyên dùng ñể ñúc sản phẩm kèm theo ñiều kiện ñúc:

1 ABS (Acrylonitrile-Butadieneо-Styrene):

a.Sản phẩm ứng dụng:

Các thiết bị trong xe ô tô, tủ lạnh, dụng cụ nhỏ trong gia ñình…

b ðiều kiện ñúc phun

Bảng 5 ðiều kiện ñúc phun nhựa ABS

Sấy khô ABS là chất hút ẩm nên cần sấy khô trước khi ñúc với

Tốc ñộ phun Từ vừa ñến cao

2 HDPE (High Density Polyethylene)

a.Sản phẩm ứng dụng:

Sản phẩm ứng dụng: Các hộp chứa trong tủ lạnh, ñồ làm bếp, …

b ðiều kiện ñúc phun

Bảng 6 ðiều kiện ñúc phun của HDPE

Sấy khô Thường không cần thiết nếu bảo quản cẩn thận

Nhiệt ñộ chảy

dẻo

180 - 280˚C; 200 - 250˚C cho vật liệu phân tử lượng lớn

Nhiệt ñộ khuôn 20 - 95 ˚C (nhiệt ñộ cao cho thành dày tới 6 mm; nhiệt ñộ

thấp cho thành dày hơn 6 mm.) Hệ thống làm nguội nên ñồng ñều ñể tránh co nhiệt không ñồng ñều

Áp suất ñúc 70 - 105 MPa

Tốc ñộ phun Tốc ñộ phun yêu cầu cao

3 LDPE (Low Density Polyethylene)

a.Sản phẩm ứng dụng:

Sản phẩm ứng dụng: Cửa van, bát , phễu, ống nối

b ðiều kiện ñúc phun

Bảng 7: ðiều kiện ñúc phun của LDPE

Sản phẩm ứng dụng: Trang thiết bị ñiện và các phụ tùng

b ðiều kiện ñúc phun

Bảng 8 ðiều kiện ñúc phun PC

Sấy khô PC là chất hút ẩm nên cần sấy khô trước khi ñúc với nhiệt

ñộ 100- 120˚C trong 3 ñến 4 giờ

Nhiệt ñộ chảy dẻo 260 - 340˚C

Nhiệt ñộ khuôn 70 - 120˚C

Áp suất ñúc Cao ñến mức có thể

Tốc ñộ phun Tốc ñộ phun thấp với miệng phun dạng cạnh và nhỏ; tốc

ñộ phun cao với các loại miệng phun khác

5 PP (Polypropylene)

a.Sản phẩm ứng dụng:

Sản phẩm ứng dụng: Các thiết bị trong ô tô (quạt gió, bảng ñiều khiển), các sản phẩm tiêu dùng…

b.ðiều kiện ñúc phun:

Bảng 9 ðiều kiện ñúc phun của PP

Sấy khô Thường không cần thiết nếu bảo quản cẩn thận

Nhiệt ñộ chảy dẻo 220 - 280˚C; không ñược vượt quá 280˚C

Nhiệt ñộ khuôn 20 - 80˚C

6 PVC (Polyvinyl Chloride)

a.Sản phẩm ứng dụng:

Sản phẩm ứng dụng: Ống dẫn nước, thiết bị trong máy công nghiệp, các hộp ñiện b.ðiều kiện ñúc phun:

Bảng 10: ðiều kiện ñúc phun của PVP

Nhiệt ñộ chảy dẻo 200 - 280˚C; giá trị thường dùng: 230˚C

1.4 Máy ép phun

Hình 1.2: Kết cấu máy ép phun ñiển hình

Máy bao gồm các cơ cấu chính:

- Cụm máy ñúc: làm nóng chảy chất dẻo và với áp lực cần thiết ñể ép

chất dẻo vào khuôn

- Cụm khuôn và cơ cấu kẹp khuôn: Khuôn gồm hai nửa ñược kẹp lên

bàn kẹp, một nửa cố ñịnh còn nửa kia có khả năng di ñộng Nhiệm vụ cơ cấu truyền ñộng này là tạo lực kẹp khuôn và giữ cho khuôn kín trong suốt quá trình gia công

- Hệ thống thủy lực: gồm bơm ñược truyền ñộng bằng ñộng cơ, hệ thống

van ñóng ngắt và van chuyển hướng xi lanh thủy lực, ñộng cơ thủy lực,…

1.4.1 Phân loại máy ñúc phun

- Theo lực kẹp khuôn: Lực kẹp khuôn của máy ñúc phun hiện ñang sử

dụng nằm trong khoảng từ dưới 20 tấn ñến vài nghìn tấn Các loại nhựa khác

nhau ñòi hỏi áp suất ñúc trong lòng khuôn khác nhau, phạm vi trong khoảng

14÷207 MPa

- Theo trọng lượng sản phẩm một lần phun tối ña: 2, 3, 8, 10,…, 50,

100, 120 ounces (1 ounces = 28,34 g) Trọng lượng sản phẩm (và thể tích) của vật ñúc ảnh hưởng tới việc lựa chọn máy ñúc phun Lượng nhựa cho một lần ñúc tương ứng với hành trình dịch chuyển của trục vít hay piston trong máy

- Theo loại dùng piston hay trục vít: Máy ñúc phun sử dụng trục vít

hoặc piston ñể ñẩy nhựa vào khuôn, loại trục vít ñược sử dụng chủ yếu

- Theo cấu tạo ñặc trưng: Có thể chia làm máy ñúc phun 1 tầng (như

máy TOYO ở hình trước) và máy ñúc phun 2 tầng

+ Máy ñúc phun 1 tầng sử dụng sử dụng một trục vít ñể làm nóng chảy

và ñẩy nhựa vào lòng khuôn

+ Máy ñúc phun 2 tầng, trục vít cố ñịnh chỉ làm nhiệm vụ làm chảy dẻo nhựa ñưa tới khoang phun ñể một piston “bắn”nhựa vào khuôn

1.4.2 Nhiệm vụ và ñặc trưng quan trọng của các cụm kết cấu

1 Cụm máy ñúc

Hình 1.3 :Kết cấu cụm máy ñúc

Nhiệm vụ quan trọng của cụm máy ñúc là làm nóng chảy lượng chất dẻo

có thể tích nhất ñịnh sau ñó ñẩy lượng chất dẻo này vào khuôn

2 Vòi phun:

Là chi tiết hoặc cụm chi tiết lắp gá ở ñầu phía truớc của xy lanh, là cầu nối giữa xylanh và khuôn trong quá trình phun nhựa vào trong lòng khuôn ðường kính vòi phun thường từ 3 – 6 mm (lớn hơn chiều dày chi

tiết ñúc) tuy nhiên ñối với những sản phẩm lớn có thể sử dụng vòi phun

có ñường kính lớn hơn

3 Trục vít và xylanh ñúc:

Xylanh ñúc phun thực chất là ống có thành dày mà một ñầu có ren ñể tiếp nhận vòi phun còn ñầu kia có khoang ñịnh lượng cùng với phễu nguyên

liệu Vật liệu của xylanh có ñộ cứng lớn Dọc chiều dài của xylanh có lắp hệ

thống nung nóng bằng ñiện trở nhằm cung cấp nhiệt lượng cho nhựa trong

quá trình phun

Vật liệu của trục vít cho máy ñúc cũng là thép có ñộ cứng lớn, có ñộ chống

ăn mòn và có ñộ bền mài uốn lớn Trong quá trình quay của trục vít tiếp nhận vật liệu về phía mình và dưới tác dụng của lực ñẩy hình thành trong xylanh nó bị kéo về phía sau Ở ñầu trục vít trước vòi phun người ta thường trang bị van hãm dòng chảy ngược của chất nóng chảy ở giai ñoạn nén cuối cùng

1.4.3.Cụm khuôn và cơ cấu kẹp khuôn

Khuôn gồm hai nửa ñược bắt chặt vào cơ cấu kẹp khuôn Một nửa ñược gắn vào tấm ép cố ñịnh, nửa kia gắn vào tấm ép di ñộng

Hình 1.4: Cơ cấu kẹp thuỷ lực

Nhiệm vụ của cụm ñóng mở khuôn là dịch chuyển khuôn ñúc tạo ra áp lực kẹp khuôn Cơ cấu ñóng mở khuôn phải tạo ra một lực kẹp khuôn và giữ khuôn với ñộ lớn nhất ñịnh Lực kẹp khuôn và giữ khuôn cần phải lớn hơn so với lực làm ñẩy khuôn ra

- Nếu áp lực trong khuôn lớn hơn áp lực kẹp khuôn hoặc giữ khuôn, thì

khuôn bị tách ra, chất dẻo nóng chảy tràn ra khuôn ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm Không yêu cầu lực kẹp khuôn cực ñại theo khả năng vì nó sẽ làm ảnh hưởng ñến tuổi thọ của máy

- Lực mở khuôn thường nhỏ hơn (khoảng 20%) lực kẹp khuôn

1.4.4 Các thiết bị hỗ trợ

- Thiết bị nung nóng

Trên xylanh ñúc của máy dùng ñể ñúc phun chất dẻo người ta hầu như chỉ trang bị mạch nung bằng ñiện, nhưng ñối với chất dẻo cứng thì người ta lại nung nóng bằng dầu Với phần tử nung nóng là dầu, việc nung nóng xylanh ñúc có thể ñiều chỉnh một cách mềm hơn là nung nóng bằng ñiện trở

và ñộ dao ñộng cũng bé hơn

- Thiết bị sấy nung sơ bộ

Tuỳ thuộc vào chủng loại vật liệu có thể cần thiết sấy khô hoặc nung sơ

bộ vật liệu ðối với gia công chất dẻo nhiệt cứng ñiều này sẽ làm giảm bớt thời gian nung vật liệu trong khuôn, rút ngắn chu kỳ sản xuất.Việc sấy vật liệu thường ñược thực hiện trong lò sấy phân ñoạn ñược nung nóng bằng ñiện trở Ngoài ra người ta còn có thể sử dụng cụm sấy chân không ñặt ngay trên

khoang ñịnh lượng và cung cấp vật liệu cho máy ñúc phun

- Thiết bị ño áp lực

ðể truyền lượng chất dẻo nóng chảy vào khuôn ñòi hỏi phải có một áp lực nhất ñịnh ðồng thời phải giữ trong khoang tạo hình của khuôn cũng như xylanh một áp lực gọi là áp lực cuối cho ñến khi sản phẩm ñông cứng Ở phía trước trục vít trong máy ñúc phun gây ra áp lực ngoài, còn áp lực trong khoang xylanh cũng như khoang khuôn gọi là áp lực trong Áp lực kẹp bằng tổng lực của 4 thanh kéo Lực của mỗi thanh ñược ño riêng rẽ bằng áp kế ñiện Nhờ vậy hiện tượng tải không ñều hoặc quá tải làm khuôn không cân bằng hoặc biến dạng khuôn có thể ñược phát hiện sớm ñể khắc phục

Nếu trong quá trình ñúc phun các số liệu ño ñược sử dụng là các số liệu

cơ bản cho sự ñiều chỉnh và chỉ ñạo thì các sản phẩm ñược ñúc phun sẽ ñồng ñều hơn và chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn

- Thiết bị ổn ñịnh nhiệt ñộ khuôn

Khi ñúc phun người ta phun vào khoảng ñịnh hình của khuôn chất nóng chảy

300

150 − , do sự tiếp xúc với bề mặt khuôn nên chất nóng chảy sẽ nguội ñi, song khuôn lại ñuợc nóng lên, do vậy cần làm nguội cho khuôn khi bị nóng quá

Hình 1.5:Quan hệ giữa thời gian ñúc và nhiệt ñộ khuôn

Nhiệt ñộ khuôn ảnh hưởng tới thời gian ñúc, nhiệt ñộ khuôn càng cao thời gian làm nguội chi tiết càng chậm Quá trình làm nguội ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm, trước hết ảnh hưởng ñến cấu trúc và sự ổn ñịnh kích thước Người ta sử dụng thiết bị ổn ñịnh nhiệt ñể ñảm bảo cho nhiệt ñộ khuôn theo quy ñịnh

1.5 Quá trình ñúc phun

Quá trình ñúc phun gồm có 3 giai ñoạn chính:

- Giai ñoạn dẻo hoá và chuyển hoá vật liệu sử dụng cho gia công ñúc sang trạng thái nóng chảy

- Giai ñoạn ñiền ñầy khuôn và làm nguội sản phẩm

- Giai ñoạn lấy sản phẩm ra khỏi khuôn

1.5.1 Giai ñoạn dẻo hóa và chuyển hóa vật liệu sang trạng thái nóng chảy

Hình 1.6: Dòng chảy nhựa ñược ép vào khuôn

Vật liệu ở dạng hạt ñược ñưa vào phễu liệu, từ ñó nó ñược chuyển vào rãnh vít của trục vít nằm trong xylanh Trục vít quay lùi tạo ñiều kiện vật liệu ñược vận chuyển lên phía trước về phía vòi phun, nhựa liên tục ñược dồn về phía trước trục vít cho ñến khi ñủ cho một lần phun Trong suốt quá trình ñó vật liệu ñược tiếp nhận nhiệt từ thành xylanh do các nhân tố mang nhiệt cung cấp (hơi nóng, ñiện trở, ñiện từ…) Nhờ có nhiệt lượng ñó cùng lượng nhiệt

ma sát hình thành giữa trục vít vật liệu mà vật liệu bị nóng chảy, nhiệt ñộ càng cao thì ñộ nhớt càng giảm Khi lượng nhựa cho một lần phun ñã ñủ, trục vít dừng quay

1.5.2 Giai ñoạn ñiền ñầy khuôn và làm nguội sản phẩm

Giai ñoạn này chia làm 3 giai ñoạn nhỏ ứng với các khoảng thời gian t i , t p

và t c :

t i – thời gian phun: là khoảng thời gian tính từ lúc bắt ñầu phun cho ñến khi

làm ñầy lòng khuôn

t p – thời gian nén ñặc: Giai ñoạn quá trình ñúc ñược ñiều khiển theo áp suất

(áp suất duy trì không ñổi)

t c – thời gian làm mát: là khoảng thời gian cần thêm ñể 90% chiều dày chi

tiết ñạt tới nhiệt ñộ ñông ñặc

t h – thời gian giữ: là khoảng thời gian tổng cộng của hai pha nén ñặc và làm

mát ðây là thời gian cần giữ chi tiết nhựa trong khuôn sau khi nó ñược ñiền ñầy

t o – thời gian mở khuôn: là khoảng thời gian khuôn ñược mở

1 Giai ñoạn ñiền ñầy khuôn

- Với hai nửa khuôn ñã ñóng, trục vít không còn quay nữa mà ñóng vai trò của một piston chuyển ñộng chuyển dịch dọc trục về phía trước ñẩy nhựa vào trong lòng khuôn Van hãm (van 1 chiều) ở ñầu trục vít ngăn cản nhựa chảy theo hướng ngược lại

- Trong giai ñoạn ñiền ñầy, nhựa ñược ñẩy vào trong lòng khuôn cho ñến khi khuôn ñược làm ñầy Khi dòng chảy nhựa vào trong lòng khuôn, phần nhựa tiếp xúc với thành khuôn sẽ ñông lại nhanh hình thành một lớp vỏ ngoài giữa khuôn và phần nhựa nóng chảy Ở chỗ tiếp xúc giữa vùng chảy và ñông

ñặc, các phân tử nhựa di chuyển dọc theo hướng dòng chảy

- Khi lớp nhựa ñông ñã ñạt tới ñộ dày nhất ñịnh thì nhiệt thu ñược từ nhựa (và nhiệt ma sát sinh ra từ dòng chảy) sẽ cân bằng với lượng nhiệt ñã mất, trạng thái cân bằng ñược xác lập Hiện tượng ñó thường xảy ra sớm khi ñúc phun, sau khoảng vài phần giây

2 Giai ñoạn nén ñặc

- Giai ñoạn nén bắt ñầu khi lòng khuôn vừa ñược ñiền ñầy nhựa Trong giai ñoạn này, áp lực phun duy trì ñể nén thêm vật liệu vào trong lòng khuôn, với mục ñích làm ñộ co nhiệt ñồng ñều ở mức thấp, nhờ ñó, giảm ñộ cong vênh của sản phẩm

- Khi vật liệu ñiền ñầy khuôn và giai ñoạn nén bắt ñầu, dòng chảy nhựa ñược ñiều khiển bởi sự thay ñổi mật ñộ phân tử nhựa dọc chi tiết Nếu một vùng nào ñó của chi tiết có ñộ ñặc thấp hơn vùng lân cận, nhựa sẽ chảy tới vùng ñó cho tới khi có sự cân bằng

- Nén ñặc quá nhiều sẽ khiến chi tiết có ứng suất cao, gây khó khăn trong quá trình ñẩy và lãng phí nhựa

- Nén không ñủ tạo ra hiện tượng thiếu nhựa trong khuôn, bề mặt thô, vết lõm, ñường hàn và các khuyết tật khác Lượng nén ñặc chính xác ñược xác ñịnh bằng phương pháp thử sai hoặc dùng các phần mềm mô phỏng

3 Giai ñoạn làm nguội

- Tốc ñộ và sự ñồng ñều khi làm nguội ảnh hưởng tới chất lượng ñúc và giá thành sản phẩm Thời gian làm nguội thường chiếm trên 2/3 tổng chu trình sản xuất một chi tiết nhựa dẻo

- Giai ñoạn làm mát bắt ñầu ở cuối quá trình nén chặt Giai ñoạn làm mát là khoảng thời gian từ cuối quá trình nén tới thời ñiểm khuôn mở ra Nhựa bắt ñầu nguội từ giai ñoạn ñiền ñầy, vì vậy giai ñoạn này coi là khoảng thời gian cần thêm ñể làm ñông ñủ nhựa cho quá trình ñẩy Thực tế không cần thiết toàn bộ 100% chi tiết hoặc hệ thống dẫn nhựa phải ñông ñặc Nhựa ở khu vực trung tâm của thành chi tiết ñạt tới nhiệt ñộ ñông ñặc và trở thành khối rắn trong thời gian làm nguội

1.5 3 Giai ñoạn lấy sản phẩm ra khỏi khuôn

- Vật liệu ñông ñặc ñã ñược làm nguội tới nhiệt ñộ ñẩy (giá trị nhiệt ñộ ñẩy phụ thuộc vào loại vật liệu) Khuôn mở ra, hệ thống ñẩy hoạt ñộng ñẩy chi tiết ra ngoài - Thực tế chỉ cần chiều dày thành chi tiết ñông ñặc tới 90%

và hệ thống cấp nhựa ñông ñặc khoảng 50% là có thể lấy sản phẩm ra

- Sau khi sản phẩm ñã lấy ra, khuôn lại ñược ñóng và trục vít chuyển

ñộng quay lùi ñể chuẩn bị cho lần phun kế tiếp

1.6 Thiết kế khuôn ép phun nhựa

1.6.1.Giới thiệu chung về khuôn và khuôn ñúc phun

* Khuôn là dụng cụ ñể ñịnh hình một sản phẩm nhựa Nó ñược thiết kế sao cho có thể sử dụng cho một số lượng chu trình yêu cầu

Kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào hình dáng và kết cấu của sản phẩm Số lượng của sản phẩm cũng là một yếu tố quan trọng ñể xem xét, bởi vì số lượng sản phẩm không lớn sẽ không cần ñến khuôn có nhiều

lòng khuôn hoặc khuôn có kết cấu phức tạp

Những yếu tố trên có ảnh hưởng rất lớn ñến việc thiết kế và chế tạo

khuôn cũng như ñến giá thành của sản phẩm

*Khuôn ñúc phun ñược ñịnh nghĩa là một cụm gồm nhiều chi tiết ghép với nhau, ở ñó nhựa ñược phun vào, ñược làm nguội rồi ñẩy sản phẩm ra

Sản phẩm ñược hình thành giữa 2 phần của khuôn Khoảng trống giữa 2 phần ñó ñược ñiền ñầy bằng nhựa và nó sẽ mang hình dạng của sản phẩm

Một phần là phần lõm vào sẽ xác ñịnh hình dạng bên ngoài của sản phẩm ñược gọi là lòng khuôn , phần xác ñịnh hình dạng bên trong của sản phẩm ñược gọi là lõi khuôn

Phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi khuôn ñược gọi là mặt phân khuôn

1.6.2 Kết cấu của khuôn

Ngoài lõi và lòng khuôn còn có các bộ phận khác của khuôn như:

Hình 1.7: Kết cấu khuôn ñúc phun

1 Tấm kẹp phía trước và phía sau: Kẹp phần cố ñịnh và phần chuyển ñộng của

của khuôn vào máy ép phun

3 Tấm ñỡ: Giữ cho mảnh ghép của khuôn không bị rơi ra ngoài

4 Khối ñỡ: Dùng làm phần ngăn giữa tấm ñỡ và tấm kẹp phía sau ñể cho tấm

ñẩy hoạt ñộng ñựơc

5 Tấm giữ: Giữ chốt ñẩy vào tấm ñẩy

6 Tấm ñẩy: ðẩy chốt ñẩy ñồng thời với quá trình ñẩy

7 Chốt dẫn hướng: Dẫn phần chuyển ñộng tới phần cố ñịnh của khuôn (ñể liên

kết hai phần khuôn)

8 Bạc dẫn hướng: ðể tránh mài mòn nhiều hoặc làm hỏng tấm khuôn sau (có

thể thay thế ñược)

9 Bạc mở rộng (ống lót ñịnh tâm): Dùng làm bạc kẹp ñể tránh mài mòn hỏng

tấm kẹp phía sau khối ngăn và tấm ñỡ

10 Chốt dẫn xiên: Tác ñộng lên lõi mặt bên

11 Chốt ñẩy: Dùng ñể ñẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở

12 Bạc lót ñẩy: Bạc chống mòn cho chốt ñẩy, tấm ñẩy và tấm giữ

15 Bạc cuống phun: Nối vòi phun và kênh nhựa với nhau thông qua tấm kẹp

phía trước và tấm khuôn trước

16 Miếng chèn ñẩy cuống phun: Làm nhiệm vụ ñẩy cuống phun khi khuôn

mở

19.Bộ ñịnh vị: ðảm bảo cho sự phù hợp giữa phần cố ñịnh và phần chuyển ñộng

của khuôn

20 Vòng ñịnh vị: ðảm bảo vị trí thích hợp cảu vòi phun với khuôn

21, 22, 23 ðầu nối, khớp nối, kẹp ống: Các chi tiết ñể lắp vòi phun nước vào

kênh làm mát

24 Bu lông vòng nâng: ðể tháo, lắp khuôn trên máy

25 Trụ ñỡ: Dẫn hướng chuyển ñộng và ñỡ cho tấm ñỡ tránh khỏi bị cong do

áp lực cao

26 Lớp cách nhiệt: Nằm giữa khuôn và bàn ép ñể ngăn cản nhiệt truyền từ

khuôn vào bàn ép

1.6.3 Phân loại khuôn

Trong công nghiệp, người ta chia khuôn ra làm 4 loại chính:

a Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nguội

Kết cấu khuôn thường gồm có hai phần cơ bản :

+ Phần phía phun ñược cố ñịnh gọi là tấm khuôn trước

+ Phần kia là phía ñẩy, nó chuyển ñộng trong khi khuôn mở, gọi là khuôn sau

Hình1 8:Kết cấu khuôn 2 tấm có kênh dẫn nguội

Ưu ñiểm 2 tấm có kênh dẫn nguội

- Cấu trúc ñơn giản hơn là khuôn 3 tấm hoặc khuôn không rãnh dẫn

- Giá thành khuôn có thể giảm

- Hệ thống rót bao gồm cổng phân phối thường sử dụng nhiều hơn Nhược ñiểm 2 tấm có kênh dẫn nguội

- Cổng phân phối cạnh và cổng phân phối trực tiếp cần phải loại bỏ rãnh dẫn, nên chúng khó tự ñộng hóa

- Không tiết kiệm vật liệu

b Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng

Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng luôn giữ nhựa nóng chảy trong bạc cuống phụ, kênh dẫn và miệng phun, nhựa chỉ ñông ñặc khi nó chảy vào lòng khuôn khi mở khuôn ra thì chỉ có sản phẩm hoặc có thêm kênh dẫn nhựa ñược lấy ra ngoài Khi ñóng khuôn nhựa trong các kênh dẫn vẫn nóng và ñiền ñầy khuôn

Hình 1.9: Kết cấu khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng

Ưu ñiểm 2 tấm có kênh dẫn nóng

- Tiết kiệm vật liệu

- Không có vệt miệng phun trên sản phẩm

- Giảm thời gian chu kỳ