Tài liệu Khuôn mẩu Phần 2 ppt

Hệ thống phun : Hệ thống phun có nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thong qua các quá trình : cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và định hình sản phẩm.. Kỹ thuật nghiên

b Nhu cầu và hiệu quả kinh tế của công nghệ ép phun

Sản phẩm nhựa ngày nay là vô cùng phong phú và đa dạng, từ các sản phẩm đơn giản như dụng cụ học tập như: thước, viết, compa hay đồ chơi trẻ em tới những sản phẩm phức tạp như: bàn, ghế,vỏ tivi, vi tính hay các chi tiết dùng trong ô tô và xe máy… chứng tỏ sự thân thiện và cần thiết của công nghệ ép phun trong ngành công nghiệp nhựa của chúng ta

Với các tính chất như: độ dẻo, nhẹ, có thể tái chế… vật liệu nhựa đã thay thế các loại vật liệu khác như: sắt, đồng, nhôm, gang… đang ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên Vì vậy trong tương lai, khả năng thay thế của nhựa đồi với các vật dụng kim loại là rất lớn và ngành nhựa có tiểm năng phát triển rất cao

Những ưu điểm của khuôn ép phun:

• Tạo ra sản phẩm có hình dáng phực tạp tùy ý

• Hình dáng giãu hai mặt có thể khác nhau

• Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp lại cao

• Sản phẩm sau khi ép có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên không cần gia công lại

• Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc

áp suất phun đạt từ 70 Mpa – 200 Mpa, quá trình phun chất dẻo đã nóng chảy từ bộ phận chứa vào khuôn Khuôn được mở ra sau thời gian làm nguội nhất định, và sản phẩm được lấy ra sau khi khuôn được mở

Hình 2.4 Hộp cắm bút

Hình 2.5 Dao cắt giấy

2.2.3 Quy trình thiết kế khuôn

Hình 2.6 Sơ đồ quá trình thiết kế khuôn

2.2.4 Sơ đồ máy ép phun

2.2.4.1 Cấu tạo chung

Một máy ép phun cơ bản bao gồm các hệ thống sau :

• Hệ thống kẹp ( cụm kẹp )

• Hệ thống khuôn ( cụm khuôn )

• Hệ thống phun ( cụm phun )

• Hệ thống hỗ trợ ép phun ( cụm ép phun )

• Cụm đẩy của máy ( Machine ejectors ) : gồm xylanh thủy lực, tấm đẩy

và cần đẩy Chúng có chức năng tạo ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn

để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn

Hình 2.8 Cụm đẩy

• Cụm kỉm ( Clamp cylinders ) : có hai loại chính là loại dung cơ cấu khuỷu vả loại dùng xylanh thủy lực Chức năng chính là cung cấp lực để đóng

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

a Khuôn đóng

b Khuôn mở Hình 2.9 Cụm kìm dùng cơ cấu khuỷu

a Khuôn đóng

b Khuôn mở Hình 2.10 Cụm kìm dùng xylanh thủy lực

• Thanh nối ( Tie bars )

Hình 2.13 Vị trí thanh nối trên máy

• Dưới đây là cấu tạo chung của hệ thống kẹp

Hình 2.14 Hệ thống kẹp

b Hệ thống khuôn

Cấu tạo chung của một bộ khuôn gồm các thành phần sau đây :

Hình 2.15Cấu tạo một bộ khuôn cơ bản

Các chức năng chính :

• Vít lục giác : liên kết các tấm khuôn và tạo tính thẩm mỹ

• Vòng định vị : định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun

• Bạc cuống phun : dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa

• Khuôn cái : tạo hình cho dản phẩm

• Bạc định vị : đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái

• Tấm kẹp trước : giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép

• Vỏ khuôn cái và vỏ khuôn đực : thưởng được làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với khuôn cái nhằm đảm bảo tính kinh tế mà vẫn đảm bảo yếu tố kỹ thuật

• Chốt hồi : hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng

• Khuôn đực : tạo hình cho sản phẩm

• Chốt định vị : dẫn hướng và định vị khi khuôn đóng

• Tấm đỡ : tăng bền cho khuôn trong quá trình làm việc

• Gối đỡ : tạo khoảng trống để tấm đẩy hoạt động

• Tấm giữ : giữ các chốt đẩy

• Tấm đẩy : đẩy các chốt đẩy đề lói sản phẩm rời khỏi khuôn

• Tấm kẹp sau : giữ cố định bộ đi động của khuôn trên máy ép nhựa

• Gối đỡ phụ : tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun

c Hệ thống phun :

Hệ thống phun có nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thong qua các quá trình : cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và định hình sản phẩm

Hình 2.16 Hệ thống phun

Hệ thống này gồm các bộ phận :

• Phễu cấp liệu ( Hopper )

• Khoang chứa liệu ( Barrel )

• Các băng gia nhiệt ( Heater band ) : gia nhiệt và duy trì nhiệt độ cho nhựa dẻo

Hình 2.17 Băng gia nhiệt

• Trục vít ( Screw ) : có chức năng nén, làm chảy nhựa dẻo và tạo áp lực

để đẩy nhựa dẻo vào khuôn

Hình 2.18 cấu tạo trục vít

• Bộ hồi tự hở ( Non-return Assembly )

• Vòi phun ( Nozzle )

d Hệ thống hỗ trợ ép phun

Là hệ thống giúp vận hành máy ép phun Hệ thống này bao gồm :

Hình 2.19 Hệ thống hỗ trợ ép phun

• Thân máy : làm giá đỡ liên kết các chi tiết trên máy với nhau

• Hệ thống thủy lực : cung cấp lực đóng mở khuôn, duy trì lực kẹp…

Hình 2.20 hệ thống thủy lực

• Hệ thống điện : cung cấp nguồn điện cho hệ thống

Hình 2.23 Biểu đồ áp suất khí phun

2.3 Tổng quan về Gas assist injection molding

a Lịch sử hình thành

Kỹ thuật nghiên cứu tạo các chi tiết nhựa rỗng đã được nghiên cứu từ nhiều năm về trước Năm 1944, Opavsky đã phát minh ra kỹ thuật phun khí hoặc chất lỏng vào trong nhựa Kỹ thuật này dùng một kim phun đặc biệt để phun khí Tuy nhiên, kỹ thuật này ban đầu không thành công do áp suất phun quá cao Ép phun có sự hỗ trợ của khí ( Gas assist injection molding ), như chúng ta biết ngày nay đã được phát triển từ đầu giữa những năm 1970 Có 2 dòng phát triển

kỹ thuật này bao gồm : một dòng được nghiên cứu và phát triển bởi Freiderich

at Rohm, người Đức Ông phát minh kỹ thuật này vào năm 1976 Một kỹ thuật khác xuất phát từ quá trình tạo lỗ khí trong ngành kỹ thuật khuôn mẫu

Kỹ thuật nghiên cứu của Freiderich là quá trình nghiên cứu tạo ra biên dạng rỗng bên trong sản phẩm bằng cách sử dụng một quá trình ép phun đặc biệt Trước đấy, có 2 cách tạo kết cấu rỗng đã tồn tại Một là kỹ thuật tạo liên kết từ

2 nửa chi tiết để tạo nên sản phẩm bằng kỹ thuật phun ép Quá trình hàn có thể tạo nên liên kết hoặc tạo ra đường hàn Hai là kỹ thuật sử dụng phương pháp đùn, bao gồm kỹ thuật ép thổi hoặc đùn thổi Trong kỹ thuật thổi, một phôi mẫu

“ Preform ” được tạo trong khuôn Phôi mẫu được đặt trong một lõi rỗng, được gia nhiệt tới một nhiệt độ thích hợp sau đó khí được phun vào tạo nên biên dạng như mong muốn của chi tiết

Chương trình này cũng có những hạn chế nhất định Nếu kết cấu không đối xứng, khuôn riêng lẻ, phải tiến hành gia công từng kết cấu riêng Sự liên kết trong kết cấu của khuôn ép phun đòi hỏi phải kẹp chặt để đảm bảo cố định tại những vị trí xác định cho tới khi sự kết dính hoàn tất Quá trình hàn cũng yêu cầu những dụng cụ đặc biệt giống như sóng siêu âm hoặc dao động để tạo sự kết dính

Phát minh của Friederich ( bằng sáng chế cuả Đức, 2501314, 1975 ) bao gồm những ý tưởng sau :

Một hệ thống tạo biên dạng rỗng trong chi tiết từ nhựa nhiệt dẻo bằng khuôn ép phun, cung cấp một lượng nhựa lỏng vừa đủ để chuẩn bị cho quá trình tạo kết cấu rỗng từ một cổng phun nhựa tới khuôn qua một lỗ phun vào khuôn, khí phun với áp suất thấp qua một cổng phun khí và kênh dẫn, phân bố nhựa dẻo lên bề mặt trong của khuôn Kết cấu rỗng của sản phẩm được tạo khi cổng phun khí mở ra Khi kết cấu chi tiết nguội dần và được định hỉnh, một phần khí torng kết cấu rỗng mở ra để tạo sự cân bằng với áp suất môi trường khi chi tiết mềm lại Và cuối củng khuôn mở ra để lấy chi tiết Bằng phát minh của Freiderich được công nhận bằng phát minh của Mỹ, ngày 18, tháng 7, năm

1978, số hiệu 4,101,617

Hình 2.24 UnitedStatesPatent4,101,617(issuedJuly18,1978)

Hướng nghiên cứu thứ hai khi tạo kết cấu rỗng được phát triển ở Union Carbide Một trong những yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới kỹ thuật này là không đạt tính thẩm mỹ trên bề mặt sản phẩm do có những lỗ khí trên bề mặt sản phẩm Olabisi đã tiếp tục nghiên cứu và phát riển kỹ thuật này sau những năm

1970

Đầu những năm 1980, Hunerberg ở Hoover Universal đã nhận thấy những tiềm năng của ứng dụng này và cùng hợp tác với Olabisi tiếp tục nghiên cứu như một chương trình hợp tác, kéo dài suốt những năm 1980 và tới đầu năm

1990 Sau đó nhiều năm, những lợi ích của kỹ thuật Gas assist injection molding ngày càng phát triển

Quá trình nghiên cứu tạo kết cấu rỗng trong chi tiết đã được thế giờ nghiên cứu từ những năm 1980 Không chỉ ở Đức mà cả ở Mỹ cũng đã có những hướng phát triển kỹ thuật này Hai công ty lớn của Mỹ đã hợp tác như Hoover Universal là KMMCO ở United States và Peerless Foam Molders ở United Kingdom đã đạt được những thành công trong việc nghiên cứu vả phát triển các kết cấu rỗng khá phức tạp mà vẫn ổn định được chất lượng bề mặt sản phẩm Một số tên tuổi nổi tiếng trong lĩnh vực nghiên cứu này như Jim Hendry, Inder Baxi, Eric Erikson, and Steve Jordan đã cùng nahu làm việc từ lâu Nổi bật nhất là Jim Hendry, người đã nghiên cứu kỹ thuật này tại KMMCO với Baxi

và Erikson đầu những năm 1980 Sau đó ông đã bắt đầu tư vấn cho Peerless ở United Kingdom, và hợp tác lam việc với Steven Jordan ở đấy Hendry tiếp tục làm việc với Baxi ở Sajar vào giữa những năm 1980, và tiếp tục nghiên cứu tiếp

về “ Gas assist injection molding ”

Peerless đã phát minh ra Cinpres I ( Controlled Internal Pressure Molding ) vào năm 1983, và năm 1984 bắt đầu ứng dụng trong sản xuất Mike Ladney, chủ tịch của Detroit Plastic Molding ( DPM ) đã chú ý tới kỹ thuật này khi kỹ thuật “Cinpres” của Peerless được chứng minh được suốt hội chợ quốc tế Messe Kunststoff und Kautschuk in Dusseldorf, Germany, năm 1986 Tới năm 1987, Ladney đã mua bằng phát mih của Freiderich và sử dụng trên toàn châu Âu Ngay lúc này, Hendry cũng đã làm việc cho DPM để phát triển hơn nữa kỹ thuật “Gas assist injection molding” , và tạo ra kỹ thuật GAIM ( Gas assist injection molding )

Ngày nay các công ty trên toàn thế giới đều ứng dụng kỹ thuật này trong ngành sản xuất khuôn mẫu và thu được những giá trị rất to lớn Kéo theo đó là

sự ra đời của các công ty chế tạo máy móc chuyên dùng trong lĩnh vực này như : Battenfeld, Ferromatik, Stork, Engel, và Johnson Controls Các công ty này cũng đã tập trung phát triển những ứng dụng khác của kỹ thuật này

b Tổng quan

Trong ngành sản xuất sản phẩm nhựa, Gas injection là một kỹ thuật tương đối mới, mang lại rất nhiều kinh nghiệm và có đà phát triền rất nhanh chóng Đôi khi nó cũng có những khuyết điểm đòi hỏi phải được khắc phục một cách nhanh chóng cho những lỗi do quá trình này gây ra Mặc dù nó là một ngành riêng biệt trong kỹ thuật phun ép, tuy nhiên đôi khi nó cũng gây ra sự lẫn lộn với kỹ thuật thổi Bởi vì cả hai kỹ thuật trên đều tạo nên chi tiết có kết cấu rỗng Điều khác nahu cơ bản là tiết diện rỗng mà hai kỹ thuật tạo nên Chi tiết của kỹ thuật GAIM có bề dày lớn hơn ( một cách tương đối ) so với độ lớn của phần lõi rỗng Thông thường chi tiết của GAIM thường bé hơn 10% khối lượng so với phần tiết diện rỗng Mặt khác, trong khuôn thổi kết quả có thể lên tới 80% hoặc hơn nữa Tức là bề dày chi tiết trong khuôn thổi thường rất bé

GAIM bao gồm 2 quá trình:

¾ Đầu tiên là quá trình phun nhựa đã được hóa dẻo vào khuôn

¾ Tiếp đó là khí được đưa vào bên trong lớp vật liệu nhựa đã được hóa dẻo

đó Khí đưa vào sẽ di chuyển tới những nơi có sức bền nhỏ nhất với áp suất thấp và nhiệt độ cao Khi dòng khí di chuyển trong chi tiết, nó sẽ tạo lõi bằng cách thay thế chỗ vật liệu nhựa dẻo vừa đi qua

Hình 2.25 Biểu diễn quá trình đùn vật liệu vào khuôn

Hình 2.26 Biểu diễn quá trình phun khí vào chi tiết

Hình 2.27 Biểu diễn sự điền đầy của vật liệu

Hình 2.28 Biểu diễn sự phụ thuộc giữa tiết diện dòng khí và chiều dài

di chuyển của nó

Hai nguyên lý cơ bản của GAIM khi điều khiển khí là: thể tích không đổi

và áp suất không đổi Để tạo thể tích không đổi, người ta sử dụng một xylanh được cài đặt trước một áp suất để chuẩn bị cho quá trình phun khí Piston đẩy khí ra khỏi xylanh vào chi tiết Áp suất trong chi tiết phụ thuộc vào tỉ lệ giữa thể tích của chi tiết với thể tích của xylanh Áp suất khí, thời gian, và tốc độ piston

sẽ quyết định biên dạng dòng khí Sau mỗi chu kỳ, áp suất phải được cài dặt lại trước khi tiến hành phun tiếp

Hệ thống tạo áp suất khí không đổi, đặc trưng là dùng một máy nén khí để nén khí Nito với một áp suất cố định ban đầu Bình chứa này cung cấp một áp suất khí không đổi tới hệ thống các van Biên dạng khí đạt được bằng cách điều chỉnh áp suất khí tới van và mở các van này

Hình 2.29 Biểu diễn quan hệ giữa thể tích khí không đổi với biên dạng

khí

Hình 2.30 Biểu diễn sự duy trì của áp suất khí trong suốt quá trình

phun

Hình 2.31 Biểu diễn một cổng phun khí

Có hai phương án cơ bản để điều khiển khí trong khuôn Điểm khác biệt giữa hai phương pháp này là cách thiết đặt hệ thống của chúng trong khuôn Khí có thể được phun qua cổng hay là trực tiếp vào lòng khuôn, hoặc khí có thể phun qua kênh dẫn hay là trực tiếp vào chi tiết

Hình 2.32 Biểu diễn vị trí phun khí tại một điểm đặc biệt

Hình 2.33 Biểu diễn vị trí phun khí thông qua cổng phun ( Nozzle )

Khi phun khí trực tiếp vào khuôn, hệ thống cổng phun khí phải được thiết kế riêng biệt, việc lắp đặt các bạc dẫn hướng phải được lưu ý trước

Hình 2.34 Biểu diễn quá trình phun khí trực tiếp vào khuôn thông

qua cổng phun

a Quá trình phun nhựa vào khuôn

b Quá trình phun khí váo khuôn

c Quá trình di chuyển của khí trong chi tiết

d Quá trình khí điền đầy vật liệu trong lòng khuôn

Khi nhựa nguội đi, một cổng rút khí cho phép khí được rút ra ngoài

c d

Hình 2.35 Biểu diễn khí vào và khí ra trong khuôn

c Đối với khuôn nhiều miệng phun

Trong các bộ khuôn nhiều tấm hay những khuôn đòi hỏi nhiều miệng phun do chi tiết lớn thì cũng tượng tự như trong các kỹ thuật khuôn rỗng khác Việc điền đầy chi tiết lớn với nhiều cổng phun sẽ cho phép giảm chiều dài dòng chảy, giảm áp suất phun và áp suất trong khuôn Hệ thống miệng phun trong trường hợp khuôn nhiều tấm có thể bố trí trên cùng một tấm, hoặc trên mỗi tấm khuôn có thể bố trí một hoặc nhiểu cổng riêng lẻ tùy theo yêu cầu về kích thước

và chiều dài kênh dẫn

Hinh 2.36 Biểu diễn khuôn sử dụng nhiều miệng phun

Hình 2.37 Quá trình khí vào và ra trong hệ thống nhiều miệng phun

Trong các khuôn nhiều tấm với hình dạng và khối lượng chi tiết khác nhau thì trong cùng một chu kỳ phun sẽ rất khó khi sử dụng một cổng phun để có thể kiểm soát sự mất cân bằng dòng chảy và quá trình điền đầy chi tiết

d Đặc điểm của Gas injection

• Ưu điểm :

¾ Giảm khối lương chi tiết mà vẫn đảm bảo độ bền

¾ Giảm sự cong vênh, co ngót so với những chi tiết đặc cùng loại

¾ Thiết kế khe hở lớn hơn

¾ Tăng tính đa dạng của sản phẩm

¾ Cải tiến chất lượng bề mặt

¾ Dễ điền đầy chi tiết hơn, kênh dẫn dài hơn, độ bền chi tiết cao hơn

¾ Giảm thời gian lên khuôn so với chi tiết đặc cùng loại do mất thời gian làm nguội

¾ Giảm lực kẹp khuôn, giảm áp suất hun

¾ Giảm giá thành gia công khi thay thế các hệ thống kênh dẫn nóng bằng hệ thống gas injection

• Nhược điểm :

¾ Chi phí ban đầu hơi cao

¾ Cấu tạo của cụm phun phức tạp hơn ( trường hợp miệng phun nhựa với miệng phun khí chung nhau )

2.4 Các sản phẩm ứng dụng kỹ thuật Gas injection

Sản phẩm ứng dụng Gas injection chủ yếu là các sản phẩm dòi hỏi độ bóng

bề mặt tương đối cao, tính thẩm mĩ, chủ yếu ở các sản phẩm có tính cao cấp

a Đồ gia dụng

Hình 2.40 Các sản phẩm đồ chơi