1 - Tổng quan về máy ép phun - cấu tạo - Nguyên lý hoạt động

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1             Quá trình phát triển công nghệ đúc dưới áp suất:

Ép phun là một quy trình kỹ thuật quan trọng từ chất dẻo và những nguyên liệu chịu nhiệt để tạo thành sản phẩm. Vào năm 1985, khoảng 3,4.10⁶t (19.1/2 %) của 17,2.10⁶t chất dẻo bán ở Mỹ được sử dụng để đúc ép.

Ép phun không phải là một quy trình mới. Vào năm 1872, bằng sáng chế được cấp cho máy ép phun với camphor-plasticized cellulose nitrate (celluloid), vài năm sau đó khuôn đúc đa khoang đầu tiên được ra đời. Vào năm 1909, Baekeland tìm ra nhựa phenol-formaldehyde được sử dụng đúc ép trong máy ép phun trục chuyển động tịnh tiến.

Kinh nghiệm và lý thuyết làm việc của Carothers hướng dẫn lý thuyết chung cho sự polyme hóa, cung cấp động lượng cho quá trình sản xuất nhiều poyme bao gồm nylon. Cuối năm 1930, cải tiến lớn nhất trong nguyên liệu cho phép quá trình đúc ép có thể thực hiện được tiết kiệm.

Ø Ưu điểm:

Máy ép phun có thể tạo ra những sản phẩm có thể tích lớn với tốc độ cao. Công lao động đòi hỏi thấp và quá trình được tự động hóa. Sản phẩm ép phun có tính cơ học dẻo hoặc các bề mặt mang tính thẩm mỹ. Sản phẩm có bề mặt khác nhau và có màu sắc đều có thể sử dụng phương pháp này. Các sản phẩm giống nhau có thể được đúc bởi các nguyên liệu khác nhau trên cùng một thiết bị. Phương pháp này có sai số rất nhỏ. Những sản phẩm có thể đúc từ hỗn hợp nhựa, thủy tinh, xi măng, bột tan và cacbon; kim loại và phi kim loại có thể được thêm vào.

Các quy trình cho phép sản xuất ra sản phẩm có chi tiết rất nhỏ, mà hầu hết không thể chế tạo bằng phương pháp khác. Lượng phế phẩm rất nhỏ tại các đường rãnh, cổng phun và sản phẩm bị loại bỏ có thể sử dụng lại. Công nghệ mang tính tiết kiệm chi phí nguyên liệu, bởi vì nó có thể đưa các loại  nguyên liệu nhựa rẻ tiền hơn như nguyên liệu tái chế, các phế phẩm có thể sử dụng lại ngay lập tức bằng máy nghiền và máy đúc lại. Vì năng lượng tiêu tốn thấp nên quá trình này là quá trình kinh tế nhất để chế tạo ra nhiều dạng sản phẩm.

Ø Nhược điểm:

Tuy nhiên, lợi nhuận của công nghiệp nhựa thì không cao. Máy đúc, thiết bị và các thiết bị phụ trợ thì đắt (chi phí cho máy cao). Việc điều khiển quá trình khó khăn máy móc không phải luôn hoạt động tốt trong suốt quá trình. Chất lượng nhựa thay đổi theo từng đợt nguyên liệu. Thêm vào đó, độ nhớt, nhiệt độ, áp suất trong quá trình đúc thay đổi liên tục và khó kiểm soát. Chất lượng hàng hóa thường khó xác định một cách chính xác và đặc tính lâu dài của nguyên liệu thì khó xác định, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và tay nghề khéo.

Máy ép phun đạt hiệu quả cao, hoạt động một cách tự động dưới sự điều khiển nhiệt độ, áp suất. Cấu trúc phân tử, trọng lượng phân tử và sự phân phối trọng lượng phân tử ( tất cả điều chỉnh độ chảy lỏng). Sự định hướng phân tử polyme và kết tinh đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất và phải xem xét ảnh hưởng của chúng lên tính chất sản phẩm.

1.2. Đặc điểm của công nghệ đúc dưới áp suất (ép phun):

Phương pháp gia công sản phẩm nhựa trên máy ép phun là công nghệ phun nhựa nóng chảy được định lượng chính xác vào trong lòng một khuôn đóng kín (thường làm nguội bằng nước) với áp lực cao và tốc độ nhanh và sau một thời gian ngắn sản phẩm được định hình, sản phẩm được lấy ra ngoài. Ta lại tiếp tục một chu kỳ tiếp theo cho sản phẩm thứ hai. Thời gian từ lúc đóng khuôn, phun nhựa, thời gian định hình sản phẩm, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, đóng khuôn lại gọi là một chu kỳ của một lần ép sản phẩm.

Ngoài những đặc điểm trên, phương phép ép phun còn có những đặc điểm sau:

-         Sản phẩm gia công khá chính xác theo 3 chiều, vì được tạo hình trong khuôn kín.

-         Quá trình nhựa hóa và tạo hình được thực hiện trong 2 giai đoạn riêng biệt, trong những bộ phận khác nhau của máy: nhựa hóa trong xylanh nguyên liệu và tạo hình trong khuôn đúc.

-         Quá trình tạo hình chỉ tiến hành sau khi làm khít hai nửa khuôn lại với nhau.

-         Tùy theo loại nguyên liệu đúc, chế độ nhiệt độ của khuôn đúc khác nhau. Đối với nhựa nhiệt dẻo nhiệt độ của khuôn thấp hơn nhiệt độ nhựa lỏng. Đối với nhựa nhiệt rắn, nhiệt độ khuôn cao hơn nhiệt độ của nhựa lỏng.

-         Vùng tạo hình của khuôn đã được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng lực của pittong đúc gián tiếp qua nhựa lỏng.

-         Năng suất của phương pháp đúc dưới áp suất cao, tùy theo kích thước và hình dạng của sản phẩm chu kỳ đúc có thể thay đổi từ mấy giây đến mấy chục phút.

-         Gia công bằng phương đúc dưới áp suất tiết kiệm được nhiều nguyên liệu, đồng thời công đoạn hoàn tất cũng ít tốn thời gian.

-         Quá trình đúc dưới áp suất không ổn định về nhiệt độ và áp suất.

Quá trình sản xuất ra sản phẩm có chất lượng cao, sản lượng tối đa và rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm là 2 vấn đề lớn của kỹ thuật công nghệ ép phun.

1.3            . Nguyên liệu sử dụng:

Vật liệu sử dụng cho công nghệ đúc dưới áp suất thường ở dạng hạt. Với phương pháp đúc dưới áp suất có thể gia công các chất dẻo nhiệt dẻo cũng như nhiệt cứng. Chất dẻo nhiệt dẻo được gia công ở dạng nguyên hoặc pha màu, pha thêm phụ gia hoặc tạo thành xốp. Theo cấu trúc có thể phân thành dạng tinh thể hay dạng vô định hình.

1.4. Nguyên tắc hoạt động :

Quá trình hoạt động của máy ép phun gồm các bước sau:

·        Nguyên liệu nhựa dạng hạt được cho vào miệng phiễu.

·        Dầu được đưa vào bên cạnh búa thuỷ động để làm di chuyển bảng di động, đóng khuôn. Áp suất được tăng lên dần đến khi đủ lực để giữ khuôn đóng trong suốt quá trình phun. Nếu áp lực trong nguyên liệu nhựa lớn hơn lực giữ khuôn, khuôn sẽ mở ra, điều này không được chấp nhận lý do nhựa chảy ra ngoài theo đường phân chia trên bề mặt của khuôn sẽ tạo ra bavia mẫu sẽ bị loại và phải điều chỉnh lại.

·        Trục vít bắt đầu chuyển động xoay tròn và lùi về phía sau. Khi vít bắt đầu quay và lùi về phía sau, hỗn hợp nhựa vẫn chuyển về phía trước nên chiều daì rãnh vít chứa đầy nhựa giảm dần, đồng thời hạt nhựa từ phiễu nạp liệu rơi vào rãnh vít. Do đầu kín nên phần nhựa lỏng ở đầu vít sẽ đẩy vít một đoạn về phía sau và dừng lại. Trong quá trình nhựa chuyển dần về đầu trục vít, quá trình gia nhiệt được thực hiện trong xylanh, khối vật liệu nóng lên và chuyển dần sang trạng thái chảy nhớt khi đi đến đầu trục vít.

·        Hệ thống thủy lực làm việc đẩy vít về phía trước, khép kín đầu phun vào ống lót rãnh chính, đồng thời tạo áp suất đẩy nhựa lỏng thoát ra đầu phun vào rãnh và đi đến vùng tạo hình của khuôn.

·        Sau khi nhựa đã lấp đầy vùng tạo hình, áp suất duy trì không đổi, ( tương ứng đầu vít sát đầu phun nhất) để quá trình làm nguội trong khuôn diễn ra, khối vật liệu trong đó tăng dần độ nhớt đến khi nào đủ để giữ nhựa không thoát ngược lại khi đầu phun thoát ra khỏi ống lót rãnh chính.

·        Đến thời gian cần thiết, vít lùi về sau, tách đầu phun ra khỏi ống lót rãnh chính ( tránh sự truyền nhiệt của cụm nhựa hóa vào khuôn). Sau đó, quá trình nhựa hóa được tiến hành.

·        Sau thời gian làm nguội khuôn được mở ra để lấy sản phẩm. Quá trình tháo khuôn có thể được thực hiện bằng cách tháo thủ công bằng tay, cách tháo này sẽ rất khó khi nhựa nguội, nó sẽ bám vào khuôn rất chặt. Vì vậy ta thường tiến hành tháo bằng tay kết hợp với phun khí vào trong khuôn để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn. Cách khác là ta có thể dùng hệ thống thanh đẩy để tháo sản phẩm. hìnhcuaAQ

1.5. Phân loại máy:

Do vấn đề đặt ra khi phát triển thiết bị dùng cho phương pháp đúc dưới áp suất đó là: gia công nhanh, cải thiện hiệu suất nhiệt và tăng công suất máy. Theo sự phát triển đó, máy đúc dưới ép suất phân thành 3 loại cơ bản:

1.5.1. Máy ép phun định hình bằng pittong (máy đúc pittong):

Tính thương mại của máy ép phun trong cuối quá trình ép là pittong, gồm có ống thép rất nặng với 1 vòi lắp ở phía cuối. Nguyên liệu nhựa nóng chảy được đẩy vào trong 1 lỗ nhỏ (3-9,5 mm) (1/8 -3/8 in.) bởi pittong.

Bên trong ống làm bằng thép dùng để phân phối nguyên liệu xung quanh bên trong vách. Ống có dạng hình trụ, được gia nhiệt bằng nhiệt điện ( dãi băng nhiệt) và điều khiển bằng cặp nhiệt điện được gắn trên pyrometes.

Trong máy ép phun định hình loại pittong, hoạt động xoay tròn trong máy được thiết kế thành 2 xylanh. Xylanh đầu tiên, dùng để nóng chảy nguyên liệu còn gọi là xylanh đốt nóng và được cài đặt nhiệt độ ở 45 -90⁰C. Bên trong có đặt lõi gia nhiệt mục đích tạo thành các lớp nhựa lỏng tiếp xúc với thành gia nhiệt giúp cho hiệu suất gia nhiệt tăng và nhiệt độ vật liệu đồng đều hơn. Hai xylanh nối lại với nhau bằng van. Khi van mở, xylanh đẩy nguyên liệu nhựa nóng chảy xuống cuối vòi và đẩy pittong quay trở lại. Khi pittong quay lại, trong khoảng thời gian dự tính ngừng làm đầy và van đóng lại bởi vì sự chuyển động quay tịnh tiến của pittong. Đến thời gian thích hợp trong chu kỳ, nguyên liệu được phun vào trong khuôn từ xylanh thứ 2. Thao tác này cải thiện sự pha trộn của nhựa, làm cân bằng nhiệt độ, tốc độ, áp suất và nguyên liệu được đưa đến điều kiện tốt nhất.

Máy ép phun định hình bằng pittong gia nhiệt nguyên liệu bằng nhiệt điện. Nguyên liệu gần tường thì nóng hơn nguyên liệu gần trung tâm. Khó làm giảm nhiệt độ khi nguyên liệu nhựa nóng chảy. Các sản phẩm còn dư lại ép trong các bộ phận của khuôn, có thể gây rất khó khăn cho quá trình sản xuất ở các chu kỳ kế tiếp.

Ngày nay, máy ép phun định hình bằng pittong thường chỉ dùng sản xuất cho những sản phẩm có hiệu quả đặc biệt như có van; pitttong 2 giai đoạn thì lạc hậu.

1.5.2. Máy đúc có cụm nhựa hóa sơ bộ: Nhằm mục đích tăng hiệu suất gia nhiệt, một bộ phận nhựa hóa sơ bộ được gắn kề với xylanh nguyên liệu. Vật liệu sau khi được nhựa hóa sơ bộ được gắn kề với xylanh nguyên liệu và sau đó được đẩy vào khuôn. Do pittong đúc tác dụng lên khối nhựa lỏng nên không có sự tổn hao áp suất bởi nén các hạt vật liệu và do đó khi ép giảm được áp suất đúc bộ phận nhựa hóa sơ bộ có thể là dạng xylanh đốt nóng với pittong đẩy hoặc dạng vít.                              

1.5.3. Máy ép phun có loại vít xoắn tiến lùi ( máy đúc trục vít)

Đây là một loại vít đệm với trục vít chuyển động quay vòng, chuyển động tịnh tiến, ở đó nguyên liệu nóng chảy bởi nhiệt sinh ra do ma sát của những phân tử nhựa co sát với nhau trong quá trình vận hành. Máy đúc trục vít thì trộn tốt hơn và nhanh hơn và thay thế máy đúc pittong.

Nguyên liệu được đốt nhanh và đều vì trong xylanh nguyên liệu, nguyên liệu vừa tạo thành các lớp mỏng, vừa được trộn liên tục.

Thời gian lưu của nguyên liệu trong xylanh nguyên liệu ngắn hơn.

Cấu tạo máy gọn nhẹ là bộ phận nạp liệu.

Tuy không đòi hỏi đong lường nhưng vật liệu đi vào máy khá đồng đều giúp cho việc bảo đảm áp suất đúc ổn định, chất lượng sản phẩm đồng đều.

Lượng chất bốc hơi và không khí theo khuôn ít, do trong quá trình nhựa hóa các chất này thoát qua lớp vật liệu chưa nhựa hóa đến lỗ thoát khí thường được bố trí ở phiễu nạp liệu.

Tổn thất áp suất trong vùng nguyên liệu trước trục vít ít, do chúng đã được đốt nóng đến trạng thái chảy nhớt.

Máy đúc trục vít không tạo được áp suất lớn do có khe hở giữa răng vít và xylanh.

Cuối cùng, sự thay đổi lớn trong thiết kế máy điều khiển trực tiếp bằng máy tính, dễ dàng điều khiển tốc độ của hệ thống, áp lực và các thông tin khác. Đó là quá trình cải tiến xa, hiệu suất và sản phẩm đạt chất lượng.

Ngoài các phân loại trên, người ta còn phân loại máy đúc theo nhiều cách khác nhau như:

§ Theo cách điều khiển: loại tự động, bán tự động và điều khiển bằng tay.

§ Theo loại truyền động: gồm truyền động cơ học, điện cơ, thủy lực học và khí nén thủy lực.

§ Theo xylanh đúc: gồm loại 1 xylanh và nhiều xylanh. 

Chương 2: GIỚI THIỆU CÁC BỘ PHẬN MÁY MÓC VÀ CHỨC NĂNG

2.1. Cấu tạo của máy ép phun:

Bộ phận chính gồm hai cụm lớn:

§ Cụm 1: Cụm nhựa hóa và đúc

Cụm nhựa hóa và đúc của máy ép phun gồm những bộ phận chính sau đây:

Ø Phiễu nạp liệu.

Ø Xylanh nguyên liệu.

Ø Trục vít vừa làm nhiệm vụ nhựa hóa vừa giữ nhiệm vụ tạo áp suất đẩy nguyên liệu vào vùng tạo hình của khuôn đúc. Để thực hiện nhiệm vụ này, bộ phận truyền động của trục vít phải tạo được chuyển động xoay tròn và chuyển động tới lui.

Ø Đầu trục vít.

Ø Đầu phun.

Ø Bộ phận truyền động.

Trong các bộ phận này, bộ phận quan trọng hơn cả là xylanh nguyên liệu (nhiệm vụ quan trọng của xylanh nguyên liệu là tạo bề mặt truyền nhiệt) và trục vít.

§ Cụm 2: Cụm đóng mở khuôn gồm có cơ cấu kẹp khuôn và đẩy sản phẩm injector.

Cụm đóng mở khuôn phải đáp ứng hai yêu cầu cơ bản là:

Ø Kết cấu gọn nhẹ.

Ø Đảm bảo độ kín của khuôn, phải là ở giai đoạn áp suất cực đại.

Bộ phận phụ trợ: gồm có hopper, máy nghiền, rô bốt lấy sản phẩm….

2.2. Cụm nhựa hóa và đúc:

2.2.1. Phiễu nạp liệu ( hopper):

Là một xylo đặt trên xylanh để chứa nguyên liệu, cấp liệu liên tục cho trục vít và xylanh. Nguyên liệu trong xylo được theo dõi và giữ cho nguyên liệu không được hạ đến mức thấp nhất gây ảnh hưởng đến hoạt động của máy. Ngoài ra, phiễu nạp liệu còn gắn thêm hệ thống sấy nguyên liệu.

Hiện nay có 2 loại hopper chính: hopper tròn, hopper vuông.

2.2.1.1.Hopper tròn:

Tác nhân sấy là không khí khô, không khí được lấy từ môi trường bên ngoài qua hệ thống quạt hút, sau đó được gia nhiệt bởi các điện trở. Không khí được đun nóng đến nhiệt độ cần thiết, và được thổi vào hopper qua hệ thống ống dẫn. Không khí tiếp xúc với nguyên liệu và mang theo hơi ẩm ra ngoài môi trường. Nguyên liệu đạt được độ ẩm cần thiết để sẵn sàng cho sản xuất.

2.2.1.2.      Hopper vuông:

Tác nhân sấy là khí nén, khí nén là không khí có độ ẩm thấp, được cấp vào hopper, bộ phận gia nhiệt bên trong hopper làm không khí nóng lên và tiếp xúc với nguyên liệu ra ngoài môi tường, làm nguyên liệu đạt độ ẩm cần thiết.

2.2.2.      Xylanh nguyên liệu:

Là một ống trụ thẳng vừa với trục vít. Xylanh được gắn các hệ thống điện trở gia nhiệt dọc theo chiều dài của nó và điều khiển nhiệt bằng các đầu dò nhiệt.

Xylanh nguyên liệu cấu tạo gồm hai lớp:

§  Lớp bên ngoài chịu lực thường đúc bằng gang hoặc thép.

§  Lớp trong thường đúc thép không gỉ chịu tác dụng ăn mòn hóa học và chống ăn mòn.

2.2.3.      Trục vít:

Đây là một bộ phận rất quan trọng, vừa giữ nhiệm vụ nhựa hóa vừa tạo áp suất đẩy nguyên liệu vào khuôn tạo hình. Trục vít có hai chuyển động vừa quay tròn vừa tịnh tiến. Nhiệm vụ tải vật liệu và nhựa hóa được thực hiện bởi tác động quay tròn của trục vít. Nhiệm vụ tạo áp suất đẩy vật liệu ra khỏi xylanh nguyên liệu và lấy vật liệu được thực hiện bởi chuyển động tới lui của trục vít.

Chiều dài của trục vít được chia làm 3 phần: vùng cấp liệu, vùng nén ép, vùng định lượng.hình7/110d

2.2.3.1. Vùng cấp liệu:

Vùng cấp liệu chiều dài khoảng 50% L. Nhiệm vụ chủ yếu là chuyển tải nguyên liệu theo dọc trục vít đưa đến vùng nén ép. Khu vực này thường không thay đổi kích thước trục vít ( chiều sâu và bước vít).

Vật liệu trong vùng này thường ở trạng thái rắn, chuyển động ma sát khô, sự đảo lộn vật liệu chưa rõ ràng, mang tính chất chuyển động khối. Để vật liệu có thể chuyển động tới thì ma sát của vật liệu lên bề mặt trục vít phải nhỏ hơn ma sát của vật liệu lên bề mặt thành xylanh. Ở cuối vùng này nguyên liệu  bắt đầu mềm và chảy.

2.2.3.2. Vùng nén ép:

Vùng nén ép chiều dài khoảng 25% L chiều dài trục vít. Nhiệm vụ khu vực này là vận chuyển và nén ép nguyên liệu nhựa thành khối đồng nhất mềm dẻo dưới tác dụng của nhiệt và áp lực. Để tạo ra áp lực, thì thể tích rãnh vít phải được giảm dần bằng cách giảm chiều sâu trục vít và bước vít.

Vật liệu trong vùng này ở trạng thái rắn và lỏng, chuyển động của vật liệu có sự đảo trộn rõ nét hơn. Vật liệu chuyển động theo khối lỏng rắn, bề dày khối lỏng tăng dần khi vật liệu tiến về phía trước.

2.2.3.3. Vùng định lượng:

Vùng này chiều dài khoảng 25% L. Ở khu vực này thường chiều sâu vít xoắn và bước vít có kích thước cố định (đôi khi có thể thay đổi chút ít để tăng thêm áp lực ở khu vực này). Nhiệm vụ chính của vùng định lượng là chuyển khối nguyên liệu đã nhựa hóa đồng nhất với vận tốc và áp suất không đổi tới phần định hình của sản phẩm.

Vật liệu ở vùng này hoàn toàn chảy nhớt, chuyển động của vật liệu là chuyển động ma sát nhớt.

Nhiệt do quá trình gia công được tạo ra do nhiệt cung cấp qua xylanh. Ngoài ra còn do nhiêt ma sát giữa nhựa và trục vít.

2.2.3.4. Tỷ lệ L/D:

Tỷ lệ chiều dài trục vít (L) trên đường kính trục vít (D): L/D = 14:1 đến 24:1 tùy theo từng loại vật liệu.

Vít xoắn ngắn chất lượng trộn kém, năng suất kém, nhựa hóa không ổn định. Nhìn chung vít xoắn dài có chất lượng tốt hơn và mới thỏa mãn nhu cầu về mặt công nghệ, song vít dài khó gia công do đó giá thành cao và độ bền trục vít yếu hơn. Đối với nguyên liệu dạng bột như PVC, người ta chọn tỉ lệ L/D từ 14-24

2.2.3.5. Tỉ lệ nén ép:

Tỷ lệ nén ép là tỉ số giữa thể tích bước vít phần cấp liệu với thể tích bước vít vùng định lượng.

Tỉ lệ nén ép = H₁/H₂

Trong đó: H₁ chiều sâu răng phần cấp liệu.

H₂: chiều sâu răng phần định lượng.

Tỉ lệ nén ép quá nhỏ, sản phẩm có kết cấu không chặt chẽ, bề mặt sản phẩm không bóng láng, và có thể có lỗ xốp. Tỷ lệ nén ép lớn hợp lý thì sản phẩm có kết cấu chặt chẽ, nâng tính bền cơ học và bề mặt sản phẩm bóng láng.

Tỷ lệ nén ép quá lớn vượt quá giới hạn cho phép thì sẽ sinh lực cắt lớn hơn, vật liệu nhựa có thể bị rạn nứt, răng của trục vít chịu tải trọng lớn dễ gây hư hỏng.

Tỷ lệ nén ép chọn từ 2:1 đến 3,5:1

Để có tỉ lệ nén ép ta thường có ba cách:

§  Bước răng trục vít không thay đổi và chỉ thay đổi chiều sâu cánh vít.

§  Chiều sâu cánh vít không thay đổi màa giảm dần bước răng trục vít.

§  Phối hợp vừa thay đổi chiều sâu cánh vít vừa giảm dần bước răng trục vít.

2.2.4. Đầu trục vít:

Có dạng hình côn thường tiếp xúc với xylanh ở cuối giai đoạn ép, tránh không cho nguyên liệu lỏng bám vào xylanh.

2.2.5. Vòi phun:

Vòi phun là bộ phận nối giữa xylanh và khuôn trong quá trình phun nhựa vào nòng khuôn. Giữa vòi phun và khoảng tạo hình của khuôn là cuống phun và hệ kênh dẫn nhựa.

Vòi phun được ghép vào xylanh của máy ép phun bằng mối ghép gen ống.

Đường kính lỗ của vòi phun khoảng 3-6 mm.

Đối với sản phẩm có khối lượng lớn, đường kính của vòi phun có lỗ khoảng lớn hơn 6 mm. Tùy thuộc vào vật liệu cần gia công, vào sản phẩm cần chế tạo, vào cấu trúc của khuôn được sử dụng mà chế tạo các vòi phun có kết cấu và công dụng khác nhau.

Có nhiều loại vòi phun mà hình dáng và cấu tạo của nó ảnh hưởng đến áp suất và nhiệt độ mà đặc biệt là áp suất duy trì.

Yêu cầu của vòi phun:

§  Không có các điểm khuyết dừng (undercut)  trên dòng vật liệu.

§  Tổn thất áp suất nhỏ.

§  Có khả năng lắp kín vào ống lót rãnh chính trong giai đoạn nhựa hóa.

2.2.6. Bộ phận truyền động

Bộ phận truyền động  là bộ phận tạo ra những chuyển động cho trục vít.

Do có hai kiểu chuyển động nên có hai bộ phận truyền động khác nhau:

§    Chuyển động tới lui được thực hiện nhờ xylanh thủy lực lắp sau xylanh nguyên lệu, thường 2 xylanh này đồng trục.

§     Chuyển động quay tròn có thể do động cơ điện ruyền qua bộ phận giảm tốc bằng bánh răng, cũng có thể nhờ bộ phận truyền động thủy lực.

Hiện nay có khuynh hướng sử dụng động cơ truyền động thủy lực, do có cơ cấu truyền động đơn giản hơn và phạm vi điều chỉnh vận tốc rộng.

2.2.6.1. Tốc độ vít xoắn:

Đối với vật liệu có tính ổn định nhiệt kém dễ bị phá hoại bởi lực cắt lớn hơn phát sinh hoặc vật liệu độ nhớt cao cần lực quay lớn để thúc đẩy nguyên liệu tiến nhanh về phía trước. Đối với hai vật liệu này thông thường áp dụng vận tốc vít xoắn thấp hơn.

Đối với vật liêu thông thường hoặc muốn hoàn thành công đoạn nhập nguyên liệu với thời gian ngắn hơn thì có thể áp dụng tốc độ cao. Tốc độ vít xoắn cao thì nhiệt ma sát của sức cắt cao phát sinh có hiệu quả tiết kiệm điện năng nhưng hiệu quả trộn đều nguyên liệu kém

Máy ép phun thường sử dụng tốc độ vít xoắn đặt giữa 60 -120 vòng /phút.

2.2.6.2. Momen xoắn:

Tốc độ của môtơ được thiết lập trong môtơ. Tốc độ và momen xoắn có thể thay đổi bởi sự hiệu chỉnh tốc độ của môtơ. Lực momen xoắn thay đổi ngược với tốc độ.

Máy ép phun phải cung cấp đủ momen xoắn để nguyên liệu có khả năng nhựa hóa tại tốc độ thấp nhất.

Thay đổi momen xoắn thì rất cần thiết bởi vì đặc tính của quá trình nhựa hóa khác nhau.

Như plasticze polycacbonate đòi hỏi momen xoắn cao hơn poly styren.

1 môtơ có công suất 22 kw( 30hp) thì sẽ tạo ra momen xoắn với tốcđộ môtơ khác nhau:

Tốc độ, rpm

1800

12000

900

Monen xoắn, J (ft,lb)

119 (87.1/2)

180 (144)

237 (175)

Trục vít 6,35 cm ( 2.1/2 in.) tại 200 rpm lực cho phép lớn nhất là 30 kw ( 40 hp), và trục 11,4 cm ( 4.1/2 in.) tại 150 rpm lực cho phép là 134 kw ( 180 hp). Với lực đưa ra, ta thấy tốc độ thấp hơn, momen cao hơn, tỷ lệ cắt đứt mạch của nguyên liệu cao. Trục vít kỹ thuật hiện nay với tốc độ lớn nhất khỏng 45 m/min. Giới hạn nguyên liệu dễ cắt đứt mạch hơn với tốc độ 30 m/phút.

Vận tốc trục vít liên quan đến áp suất nén trong xylanh, đến sản lượng, đến tốc độ trộn, đến thời gian dẻo hóa vật liệu và đến nhiệt độ gia công (vận tốc vít xoắn càng cao nhiệt độ đồng thời tăng cao do ma sát). Vì vậy chọn tốc độ trục vít tối ưu cho quá trình gia công sao cho đảm bảo quá trình nhựa hóa, đảm bảo năng suất cao, mà vật liệu nhựa không bị phân hủy .

2.2.6.3. Yêu cầu về lực:

Quá trình dẻo hóa được thực hiện do tăng nhiệt độ đến nhiệt đúc. Để đạt được điều đó tất cả năng lượng cung cấp cho trục quay và hiệu suất máy là 100%.

Từ khi trục hoạt động như bơm, tạo nên áp suất trong nguyên liệu.

Dưới đây là công thức tính toán lực và các mối quan hệ được thể hiện như sau:

                      Lực =C (T_p –T_f ). Q +rP .Q

Trong đó:  C:   nhiệt dung riêng trung bình.

                  T_p: nhiệt độ nhựa hóa.

T_f:  nhiêt độ nguyên liệu đầu vào.

Q :  năng suất quay liên tục.

rP:áp lực chống lùi.

Ví dụ : polystyren có nhiệt dung riêng trung bình là 1,76 J/g⁰C. Vậy lực cần thiết để dẻo hóa 1 kg/h tại 21⁰C tính toán là 0,13 kw ( 0,17 hp). Có nghĩa là cứ tương đương với 7,7 kg/h thì có 1kw (1,3 hp). Nguyên liệu biến thiên từ 3,5-8,3 kg/h cho mọi 1kw (1,3 hp)

Nếu lực động cơ 22 kw ( 30 hp) thì sản lượng lớn nhất của polystyren ( C= 3,3 J/g ⁰C) tại 193⁰C là 101 kg/h.

Nếu nhiệt độ nguyên liệu tăng lên 23⁰C thì sản lượng giảm xuống 82 kg/h. Do đó, nhiệt độ thấp hơn thì cho sản lượng lớn. Do đó, quá trình hoạt động được thực hiện tại nhiệt độ nóng chảy thấp nhất có thể. Nó sẽ có sản lượng lớn nhất và giảm thời gian cần thiết để làm nguội polymer trong khuôn đúc.

Sản lượng tạo ra còn phụ thuộc vào áp suất nguyên liệu.

Ví dụ: Nếu đường kính trục 6,35cm ( 2.1/2 in.) và 8,89cm ( 3.1/2 in.) thì có tỷ lệ L/D giống nhau và lực nén giống nhau.

Mối quan hệ giữa lực nén, momen xoắn và tốc độ trục là rất mật thiết. Ví dụ: Trục 6,35cm tại 200 rpm, lực nén cho phép lớn nhất đặt vào là 30kw (40hp). Vậy, lực cao hơn, năng suất cao hơn cần đường kính trục lớn hơn. Với máy có đường kính nhỏ thì áp suất lớn hơn, nhưng khối lượng một lần phun sẽ nhỏ hơn, với các máy có áp suất cao thường dùng để ép các khuôn khó điền đầy, hoặc dùng để ép các loại nhựa kỹ thuật.

Trục vít lớn thì áp suất thấp và lượng khối lượng phun lớn. Với các loại trục vít khác nhau thì có cùng chiều dài nhưng với trục vít có đường kính lớn hơn thì có tỷ lệ L/D nhỏ hơn. Do đó, hiệu quả làm mẫu chảy và hóa dẻo vật liệu kém hơn.

2.3. Cụm đóng mở khuôn:

Bao gồm khuôn và hệ thống cơ học đóng mở khuôn

2.3.1. Các bộ phận của khuôn:

2.3.1.1. Khuôn đúc: hinh9/119d

Khuôn là dụng cụ để định hình 1 sản phẩm nhựa, nó được thiết kế chế tạo sao cho có thể được sử dụng cho một số lượng chu trình yêu cầu sản xuất. Kích thước và kết cấu khuôn phụ thuộc vào kích thước và hình dạng sản phẩm. Tùy theo số lượng sản phẩm, yêu cầu chất lượng sản phẩm cần sản xuất mà người ta thiết kế khuôn, độ chính xác khuôn cao, khuôn làm việc thủ công, bán tự động hoặc tự động.

Khuôn là 1 cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau, ở đó nhựa được phun vào, được làm nguội rồi đẩy sản phẩm.

Sản phẩm được tạo hình giữa 2 phần của khuôn ( khuôn di động, khuôn cố định), khoảng trống giữa 2 phần đó được điền đầy bởi hơi nhựa và nó sẽ mang hình dáng và kích thước của sản phẩm. Khuôn cố định:

Thông thường nó là phần lõm của khuôn hình thành ra hình dáng ngoài của sản phẩm, nó được gắn cố định trên bàn cố định của máy ép phun và là nơi nhựa được phun vào trong khuôn để hình thành sản phẩm.

§  Khuôn di động:

Nó là phần lồi của khuôn và hình thành ra hình dáng trong của sản phẩm. Khuôn di động thường được gắn trên bàn di động của máy ép phun. Khi thiết kế người ta thường cho sản phẩm bám vào khuôn di động, ở đó các cơ cấu đẩy sản phẩm sẽ tháo sản phẩm ra khỏi khuôn.

§  Mặt phân khuôn:

Là mặt phẳng tiếp xúc của khuôn di động  và khuôn cố định. Mặt phân khuôn có thể là mặt phẳng hoặc mặt bậc thang, hoặc mặt nghiêng,…tùy theo hình dạng sản phẩm và sự bố trí.

Hình 13/23 giới thiệu các bộ phận cơ bản của khuôn, chức năng và nhiệm vụ các bộ phận chi tiết đó.

Ø Phần khuôn cố định:

1.     Tấm kẹp khuôn phía trước: có nhiệm vụ kẹp phần cố định của khuôn vào bàn máy ép phun.

2.     Tấm khuôn phía trước: là phần cố định trên khuôn, nơi hình thành hình dáng ngoài (phần lõm) của sản phẩm.

3.     Vòng định vị: dùng để xác định vị trí thích hợp của vòi phun với khuôn.

4.     Bạc cuống phun: nối vòi phun và kênh dẫn nhựa với nhau thông qua tấm kẹp phía trước và tấm khuôn trước.

Dòng nhựa nóng chảy từ máy ép phun qua vòi phun, bạc cuống phun, rãnh dẫn nhựa tới điền đầy vào các khoảng trống của khuôn hình thành sản phẩm.

5.     Chốt dẫn hướng: dẫn phần khuôn di động tới phần khuôn cố định dể liên kết chính xác giữa hai phần cố định và di động của khuôn.

Ø Phần khuôn di động :

6.     Tấm khuôn sau: là phần chuyển động của khuôn, là nơi hình thành dáng trong của sản phẩm.

7.     Bạc dẫn hướng: bảo đảm cho sự phù hợp chính xác giữa phần khuôn cố định và phần khuôn di động của khuôn.

8.     Tấm kẹp phía sau: kẹp phần chuyển động của khuôn vào bàn chuyển động của máy ép phun.

9.     Tấm đỡ: đỡ cho các phần ghép của các chi tiết khuôn kép trên tấm khuôn sau cố định, cứng vững trong quá trình hoạt động của khuôn.

10.                        Khối ngăn: (chân khuôn) Dùng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía sau để cho tấm đẩy sản phẩm hoạt động của khuôn họat động dễ dàng, ổn định.

11.                        Tấm giữ bàn đẩy sản phẩm: có nhiệm vụ giữ chốt đẩy vào tấm đẩy. Tấm đẩy bàn đẩy sản phẩm: có nhiệm vụ đẩy chốt đội sản phẩm đồng thời với quá trình đẩy sản phẩm của khuôn trong chu trình ép phun.

12.                        Bạc ghép nối: Dùng để nối, kẹp chặt chính xác, tránh mài mòn giữa các tấm kẹp phía sau, khối ngăn, tấm đỡ của khuôn.

13.                        Chốt hồi: Có nhiệm vụ làm cho chốt đẩy sản phẩm quay về vị trí ban đầu khi khuôn đóng lại.

14.                        Chốt đẩy sản phẩm: dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở.

15.                        Bạc dẫn hướng bàn đội sản phẩm: để tránh bào món và dẫn hướng chính xác cho bàn đội sản phẩm và chốt đẩy sản phẩm.

16.                        Chốt dẫn hướng bàn đội sản phẩm: Dùng để dẫn hướng chính xác cho bàn đội sản phẩm và chốt đội sản phẩm.

Ø Phân loại:

- Các kiểu khuôn phổ biến: kết cấu khuôn thông thường làm 2 phần. Một phần ở phía phun nguyên liệu vào lòng khuôn, nó được gắn cố định vào máy ép phun. Một phần là phía chuyển động và tháo sản phẩm ra khỏi khuôn, nó được gắn lên phần chuyển động của máy ép phun.

Tùy theo mức độ phức tạp của hình dáng sản phẩm mà khuôn có kết cấu là 2 tấm, 3 tấm, nhiều tầng,… và có cơ cấu phụ trợ như cơ cấu tách khuôn ở mặt bên, cơ cấu tháo ren, cơ cấu kênh dẫn nhựa nóng ( hot runner)…

-  Khuôn 2 tấm: loại khuôn này chỉ gồm có hai tấm và được coi là đơn giản nhất gồm khuôn cố định, khuôn di động.

Mặt cắt ngang của khuôn đúc 2 tấm đựoc biểu diễn trong. Phần được đúc trong khuôn là dĩa; lõi và lỗ thoát khí trên đường gờ. Cột trụ chống ở giữa tấm cố định và  tấm di động .

-  Khuôn 3 tấm: Nếu khuôn 2 tấm có nhiều sản phẩm trên cùng một khuôn người ta có thể thay bằng kết cấu khuôn 3 tấm.

Hệ thống khuôn này gồm có khuôn trước, khuôn sau và hệ thống thanh kéo, tấm khuôn giữa,  nó tạo ra chỗ mở khi khuôn mở. Một chỗ mở để lấy sản phẩm ra chỗ kia lấy cuống phun nhựa ra. Nhược điểm của hệ thống khuôn 3 tấm là khoảng cách giữa vòi phun của máy và lòng khuôn rất dài. Nó làm giảm áp lực khi phun nhựa vào khuôn và tạo ra nhiều phế liệu của hệ thống kênh nhựa (cuống phun). Kết cấu khuôn phức tạp, nhiều chi tiết được ghép vào khuôn và khoảng mở khuôn phải lớn.

Để khắc phục nhược điểm trên, là một kết cấu hệ thống có kênh dẫn nhựa nóng (hot runner). Ưu điểm của hệ thống khuôn này là không có phế liệu ở hệ thống kênh nhựa, và độ dày của khuôn giảm.

2.3.1.2. Rãnh dẫn:

Hệ thống rãnh dẫn là một khâu rất quan trọng trong hệ thống khuôn. Trong ép phun có thể sử dụng cả hai loại hệ thống rãnh dẫn là rãnh dẫn nguội và rãnh dẫn nóng.

Khi gia công nhựa nhiệt  dẻo thì hệ thống rãnh dẫn liệu được khống chế nhiệt gọi là kênh nóng.

Nó có nhiệm vụ giữ cho vật liệu ở trạng thái nóng chảy từ vòi phun của máy ép phun đến miệng phun của khuôn và tránh sự đông cứng của vật liệu trong hệ thống khuôn phun. Mức nhiệt độ của hệ thống phải cao hơn mức nhiệt độ của phần còn lại của khuôn.

Hệ thống khuôn nóng có nhiều ưu điểm so với hệ thống không được khống chế nhiệt.

2.3.1.3. Cổng phun:

Cổng phun nối giữa kênh nhựa và lòng khuôn. Kích thước cổng phun tối ưu nhất sẽ để lại vết trên sản phẩm là nhỏ nhất. Cổng phun dạng tròn hoặc vuông đều cho hiệu quả tốt.Có nhiều loại cổng phun khác nhau.

Ø Các kiểu cổng phun:

- Cổng phun kiểu đường hầm (submarine gate): Ưu điểm của nó là tự cắt cuống phun khi sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn. Đặc điểm của cổng phun không nhất thiết phải đặt ở mặt phân khuôn, nghĩa là có thể đặt cổng phun trên những đường hoa văn, đường gân mà không thấy vết để lại trên sản phẩm. Vấn đề thoát khí cũng tốt hơn vì vật liệu được điền đầy lòng khuôn trước sau đó mới điền đầy đến cổng khuôn do vậy khí sẽ thoát qua đường phân khuôn.

Một số nguyên tắc được nêu ra cho việc thiết kế cổng phun kiểu đường hầm như sau:

·        Điểm đặt cổng phun không nhất thiết phải nằm trên mặt phân khuôn.

·        Điểm đặt của cổng phun có thể hoàn toàn ở phần khuôn cố định trong trường hợp kết cấu của sản phẩm hoàn toàn nằm trên khuôn di động khi mở khuôn.

·        Điểm đặt của cổng phun nằm hoàn toàn ở khuôn di động dùng cho tất cả các loại sản phẩm cho cả trường hợp các sản phẩm không luôn luôn nằm ở bên khuôn di động.

- Cổng phun dạng lưỡi ( edge gating ):

Loại cổng này thường dùng cho các sản phẩm có bề mặt phẳng, mỏng. Loại cổng phun này cho phép vật liệu chảy vào khuôn một cách đồng nhất, hạn chế được vấn đề co rút vật liệu. Diện tích ngang của cổng phun nên nhỏ hơn diện tích ngang của rãnh dẫn loại khuôn này dễ điền khuôn và dễ loại bỏ khỏi sản phẩm.

- Cổng phun dạng film ( tab gating):

Loại này thường thì được dùng khi bề mặt sản phẩm phẳng hoặc các bề mặt lớn mà ở đó có thể xảy ra sự co rút. Loại này có khả năng loại bỏ các vết tích của cổng phun.

2.3.1.4. Cuống phun:

Cuống phun nhựa là đoạn nối giữa vòi phun và kênh dẫn nhựa. Là nơi vật liệu được bơm vào khuôn.

Đường kính của cuống phun ở vị trí giao với hệ thống rãnh dẫn chính tối thiểu phải bằng hoặc lớn hơn đường kính hoặc độ sâu của rãnh.

Kích thước của cuống phun phụ thuộc chủ yếu kích thước của sản phẩm và đặc biệt là bề dày của sản phẩm, và vật liệu sẽ sử dụng. Sự tạo thành các bạc cuống phun cũng luôn thay đổi với các điều kiện trên. Cuống phun sẽ nguội cùng sản phẩm.

Việc sử dụng cuống phun có dạng lõi hình chóp có ưu điểm là có thể đạt được áp lực cuối, như vậy nó có thể tránh được hiện tượng lõm sản phẩm. Nhược điểm của nó là khi tách nó ra khỏi sản phẩm cần phải có nguyên công riêng.

2.3.1.5. Bộ lói cuống phun:

Thường cổng phun và các bộ phận ép được lấy ra khỏi cốc khuôn cùng một lúc, với 2 bộ phận này cùng nằm trên nữa khuôn di động.  Điều này đảm bảo rằng cuống phun được giữ lại trên nửa khuôn di động khi mở khuôn. Bộ phận lói cuống phun được thiết kế với nhiều kiểu khắc (undercut) tùy vào thiết kế của sản phẩm.

2.3.1.6. Van thoát khí:

Trong suốt quá trình điền khuôn, dòng chảy đẩy bọt khí có sẵn trong cốc khuôn. Nếu không có chỗ thoát, bọt khí sẽ bị nén lại, tạo áp suất cuối dòng chảy, áp suất này ngăn cản nhựa điền khuôn. Khi khí bị nén, nó sẽ sinh nhiệt. Trong nhiều  trường hợp, khí có thể đạt được nhiệt độ gây cháy nhựa. Lúc này nó sẽ tạo trên bề mặt sản phẩm các vết đen và có thể gây ăn mòn khuôn.

Hình dạng sản phẩm, vị trí trong khuôn và vị trí cổng có ảnh hưởng lớn đối với việc thoát khí.

Một số chú ý khi thiết kế van thoát khí:

·        Thoát khí theo đường giáp mí khuôn.

·        Theo thanh lói sản phẩm.

·        Thêm các thanh thoát khí.

·        Kết hợp với bộ phận bẫy khí.

2.3.1.7. Đường làm nguội:

Để đảm bảo tối ưu quy trình mà vẫn duy trì được chất lượng sản phẩm và khả năng điền đầy khuôn, nhiệt độ khuôn phải được xác định.

Để đảm bảo nhiệt độ khuôn và thời gian làm nguội ngắn, cần phải biết đặt hệ thống làm nguội. Điều này rất quan trọng vì thực tế là thời gian làm nguội chiếm 50-60% toàn bộ thời gian của 1 chu kỳ 1 sản phẩm. Do đó làm cho quá trình làm lạnh có hiệu quả rất quan trọng để làm giảm thời gian của cả chu kỳ.

Phải điều khiển nhiệt độ khuôn để có dòng chảy êm chảy vào khuôn. Để tránh làm nguội quá nhanh, nên giữ nhiệt độ cao ở cuối dòng chảy.

Để điều khiển tốt nhiệt độ trong khuôn, cần lưu ý những điểm sau:

·  Những khuôn làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt, nhưng chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn.

·  Các kênh làm nguội phải đặt gần nhau.

·  Đường kính của kênh làm nguội phải lớn hơn 8 mm và giữ nguyên như vậy để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau do đường kính của các kênh làm nguội khác nhau.

Nên chia hệ thống làm nguội ra nhiều vòng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sư chênh lệch nhiệt độ lớn (ở ngoài cùng nhiệt độ sẽ là  quá cao) để làm lạnh có hiệu quả.

Đặc biệt chú ý đến làm nguội những phần dày của sản phẩm.

Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng. Có thể sử dung không khí hay nước …được đưa vào khoang làm lạnh trong khoang và lõi.

- Làm nguội tấm khuôn:

Làm nguội tâm khuôn là 1 hệ thống thông thường nhất chủ yếu được dùng cho các sản phẩm nhỏ. Các kênh làm nguội được thiết kế cách nhau ít nhất 3 mm.

- Làm nguội lõi: lõi khuôn thường bị bao phủ bởi lớp nhựa nóng và việc truyền nhiệt đến phần khác của khuôn là cả một vấn đề. Để làm được điều này, cách đơn giản nhất là làm lõi bằng vật liệu có độ dẫn điện cao như đồng hoặc đồng berilium, thép tôi hoặc thép hóa tốt. Nhược điểm là có độ bền thấp.

- Làm nguội lòng khuôn:

Lòng khuôn có thể làm nguội tố vì có sự dẫn nhiệt tốt đến các phần khác của khuôn. hệ thống làm nguội khuôn thông dụng trong đó có một số kênh làm nguội được khoan xung quanh lòng khuôn.

Kiểm tra sự làm nguội

Để kiểm tra nhiệt độ khuôn cần kiểm tra lượng chất lỏng làm nguội qua hệ thống làm nguội. Có những hệ thống làm nguội có thể làm tăng hoặc làm giảm lượng chất lỏng, nhưng những hệ thống này phải được nối với khuôn có bộ phận kiểm tra.

2.3.1.7. Nguyên lý làm việc trong quá trình đúc: hình10/120d

Vật liệu polyme nóng chảy được máy ép phun với áp lực cao, tốc độ cao qua vòi phun và phun vào trong kênh dẫn nhựa và tới khoảng tạo hình sản phẩm của khuôn. Sau khi đã điền đầy khoang tạo hình sản phẩm của khuôn, trục vít của máy ép phun quay về để chuẩn bị cho công đoạn ép phun sản phẩm tiếp theo thì đoạn lỗ rỗng có kích thước nhỏ (3-6 mm) sẽ nguội nhanh và làm cho nhựa ở đoạn đó đông kết nhanh tạo thành nút không cho nhựa ở buồng xylanh tràn vào trong khuôn đồng thời cũng ngăn nguyên liệu từ trong khuôn tràn ra ngoài, giai đoạn này được duy trì cho đến khi kết thúc một quy trình ép phun sản phẩm. Nhờ có giai đọan này, sản phẩm mới không bị co ngót và có trọng lượng đều ở tất cả mọi sản phẩm trong ca sản xuất.

2.4. Cụm đóng mở khuôn

Lực khóa khuôn: Nhựa nóng chảy phun vào trong khuôn và bị nén thích hợp phát sinh nội lực rất cao trong cốc khuôn, nên sau khi đóng kín khuôn phải có lực khóa khuôn mạnh để tránh khuôn bị đẩy ra.

Lực khóa khuôn > diện tích sản phẩm x áp suất nội (áp suất nguyên liệu trong khuôn).

Khóa khuôn áp lực thấp: trong quá trình đóng khuôn, bắt đầu từ bên khuôn cố định và bên khuôn di động tiếp xúc nhau, đến khi khuôn hoàn toàn khép kín, áp lực trong khuôn phải thay đổi đến mức thấp nhất để tránh mặt phần khuôn bị ép hư. Việc thiết lập áp lực thấp của giai đoạn này gọi là áp lực thấp khóa khuôn hoặc áp lực khóa khuôn bảo vệ.

Khoảng cách mở khuôn: sau khi nhựa nóng chảy định hình trong cốc khuôn, phải mở khuôn mới có thể lấy sản phẩm ra. Khoảng cách mở khuôn là khoảng cách lấy sản phẩm ra thích hợp.

2.5. Hệ thống ngàm kẹp

Hệ thống ngàm kẹp thủy lực sử dụng xylanh thủy lực để di chuyển khuôn di động. Sự đóng mở khuôn được thực hiện bằng cách di chuyển khuôn di động. Sản phẩm được thiết kế sao cho dính vào phần giữa khuôn di động. Hệ thộng lói được gắn trên phần di động dùng để lói sản phẩm. Hệ thống lói được điều khiển bằng các ống thủy lực, nó sẽ di chuyển tới trước khi khuôn mở ra.

2.6.   Các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình đúc:

2.6.1. Nhiệt độ xylanh:

Nhiệt độ của nguyên liệu trong xylanh phải đảm bảo vật liệu ở trạng thái chảy nhớt để gia công nhưng không bị phân hủy.

Thời gian lưu trú của vật liệu trong xylanh càng ngắn càng có lợi. Nguyên nhân do nhiệt độ của nguyên liệu trong xylanh và thời gian làm nguội sản phẩm có quan hệ với nhau. Với nhiệt độ nguyên liệu quá cao thì thời gian làm nguội sản phẩm trong khuôn phải kéo dài.

Để có chuyển động của dòng nhựa đi lên phía trước thì ma sát của vật liệu nhựa đối với trục vít phải cao hơn ma sát của vật liệu nhựa với xy lanh. Do đó mà phải tạo ra sự chênh lệch giữa nhiệt độ xylanh và vít xoắn. Nếu không có nước làm nguội trục vít thì sẽ không có sự sai khác về nhiệt độ.      Muốn vậy ta phải tiến hành làm nguội trục vít nhất là ở vùng cấp liệu nguuyên liệu dễ bám vào trục vít làm ảnh hưởng đến năng suất và quá trình gia công.

Nước làm nguội được đưa vào đầu lõi trục vít và có van điều khiển lượng nước vào vít xoắn để có nhiệt độ cần thiết. Thường dùng điều khiển tự động để điểu khiển van này.

Nguyên liệu nhựa nóng chảy bởi sự gãy đứt mạch phân tử tạo nhiệt do ma sát. Khoảng 70% nguồn năng lượng của xylanh cung cấp cho nguyên liệu, gây nóng chảy nguyên liệu. Khoảng 27 % cung cấp cho sự tiêu tốn do mất mát nhiệt độ, 3% bởi sự hiệu chỉnh nhiệt độ cuối.

2.6.2. Điều khiển nhiệt độ khuôn:

Mục đích chính của quá trình điều khiển nhiệt độ là loại bỏ phần nhiệt ở phần nhựa. Lượng nhiệt tùy bỏ tùy thuộc vào vật liệu, kim loại chứa trong vật liệu, kích thước của kênh làm lạnh và bản chất của chúng, tốc độ chảy của chất lỏng do nhiệt.

Nhiệt độ khuôn là thông số rất quan trong ảnh hưởng đến quá trình gia công và định hình sản phẩm. Nhiệt độ khuôn thấp có thể làm giảm thời gian làm nguội sản phẩm trong khuôn (giảm chu kỳ, tăng năng suất) song lại cản trở quá trình nóng chảy khi tiến hành phun nhựa vào trong lòng khuôn và dễ gây ra sản phẩm bị thiếu hụt.

Nhiệt độ khuôn cao thì tăng nhiệt độ kết tinh và cấu tạo sản phẩm đều đặn hơn, bề ngoải sản phẩm bóng đẹp, chỗ giáp nối nhựa đẹp, không  thể hiện rõ. Sự co rút định hình tốt và giảm độ co rút về sau, giảm ứng suất nội tại còn lại trong sản phẩm. Song thời gian làm nguội của sản phẩm phải tăng lên (làm tăng chu kỳ sản xuất và giảm năng suất) và có nhiều khả năng sản phẩm có bavia. Hiện nay người ta đưa ra nhiều phương án điều khiển tự động các vùng nhiệt trong khuôn để đảm bảo có công nghệ gia công sản phẩm tối ưu.

2.6.3. Tốc độ phun:

 Điền khuôn nhanh với mục đích làm giảm sự khác biệt về áp suất trong nhựa, điều này cho phép quá trình nén vật liệu được phân bố đồng đều trong toàn bộ sản phẩm, bởi vì, vị trí điền khuôn đầu tiên không bị đông cho đến khi khuôn được điền đầy.

Nếu tốc độ phun quá cao thì có thể gây ra một số khuyết tật như: sự biến dạng khác nhau của sản phẩm có thể xảy ra khi tốc độ điền khuôn cao qua các vùng khác nhau trong cốc khuôn. Các vùng chịu ảnh hưởng của tốc độ điền khuôn là xung quanh cổng phun, những vùng thành giao nhau và các gân, các vùng nhô ra, các vùng lõi và phần cốc khuôn điền sau cùng.

Hai khuyết tật có thể xảy ra khi tốc độ phun cao là các vùng tạo bọt khí và cháy.

2.6.3.1. Vấn đề tập trung bọt khí: Những vùng tập trung bọt khí thường là  những vùng điền đầy cuối cùng của cốc khuôn. Nguyên nhân gây ra hiện tượng bọt khí là do thiết kế các van thoát khí không cân xứng, tốc độ điền khuôn nhanh.

Việc giảm tốc độ phun có thể dùng để khắc phục hiện thượng tập trung bọt khí trong các khuôn có hệ thống van thoát khí kém, nhưng kết quả là thời gian điền khuôn bị kéo dài. Điền chậm cũng là nguyên nhân gây ra sự định hướng.

2.6.3.2. Hiện tượng sản phẩm bị bavia: Điền khuôn với tốc độ cao liên tục trong cốc khuôn sẽ gây ra hiện tượng sản phẩm bị bavia. Bởi vì độ nhớt của dòng chảy và quán tính của trục vít có thể gây ra áp suất cực đại trong toàn diện tích của sản phẩm làm cho sản phẩm điền đầy nhanh chóng.

Thay đổi vận tốc phun đối với các sản phẩm thành mỏng: với sản phẩm thành mỏng, thường đòi hỏi phun với vận tốc rất cao để tránh hiện tượng gây cứng vật liệu. Không khí trong cốc khuôn thường không thoát nhanh như tốc độ của nhựa, vì vậy cần phải thiết kế các van khí. Với lí do này, ta phải giảm tốc độ dòng chảy trước khi khuôn bị điền đầy hoàn toàn để tránh hiện tượng tạo bọt khí ngay vùng giáp mối của dòng chảy.

2.6.4. Tốc độ phun qua cổng phun:

Vùng ngay cổng phun là vùng đầu tiên cần phải phun với tốc độ chậm, nếu điền khuôn với tốc độ cao sẽ gây ra hiện tượng phun tia, ửng đỏ….

2.6.5. Ảnh hưởng của thiết kế cổng phun đến khả năng điền của khuôn:

Dòng chảy qua cổng phun bị ảnh hưởng là do thiết kế không tốt như: cổng phun quá nhỏ hoặc cổng phun đặt đối diện với chiều dài của khuôn, thành khuôn không hạn chế. Trong các trường hợp trên, cần phải giảm tốc độ phun qua vùng cổng để khắc phục các khuyết tật bề mặt gần cổng phun.

2.6.7. Áp suất trong khuôn đúc:

Áp suất nén, áp suất duy trì và thời gian duy trì áp là các thông số chính ảnh hưởng đến tổng lượng nguyên liệu điền vào trong  khuôn. Áp suất tăng lên trong khuôn trước khi khuôn bị đông đặc có ảnh hưởng đến khả năng nén ép vật liệu vào khuôn.

Áp suất khuôn là áp suất tác động lên nhựa trong cốc khuôn, nó ảnh hưởng đến các đặc điểm của sản phẩm và khuôn. Áp suất khuôn bao gồm áp suất nén và áp suất duy trì:

§ Quá trình nén xảy ra khi vật liệu bị ép tiếp tục khi khuôn đã được điền đầy. Áp suất nén là lượng áp suất được đưa vào khuôn trong toàn bộ thời gian khi khuôn đã điền đầy.

Khả năng nén ép của vật liệu chịu ảnh hưởng bởi hai thông số là áp suất nén cực đại và áp suất duy trì trong suốt thời gian duy trì áp suất.

§  Thời gian duy trì áp suất khi cổng phun đã đông đặc. Nếu thời gian duy trì áp quá ngắn thì hiệu quả nén của vật liệu thấp dẫn đến sản phẩm bị các vết lõm và sản phẩm không ổn định. Trong trường hợp này thường thay đổi kích thước cổng phun cho phù hợp để tránh hiện tượng nguội quá nhanh.

Áp suất cốc khuôn  được xác định bằng cách lắp đặt một đầu dò áp suất hoặc máy đo vào trong cốc khuôn. Các đầu dò này sẽ chuyển đổi ứng lực sang điện áp.. Thông thường đầu dò tại trong cốc khuôn tại vị trí gần cổng. Đối với các sản phẩm khó điền đầy, đầu dò áp suất lắp tại vị trí cuối cốc khuôn nhằm mục đích xác định xem khuôn có điền đầy tốt không. Việc này hạn chế các khuyết tật của sản phẩm như bọt khí và điền thiếu.

2.7. Đặc điểm của quá trình đúc và tính chất sản phẩm đúc:

Vật liệu polyme trong quá trình đúc có thể hoàn toàn vô định hình hoặc 1 phần vô định hình và một phần tinh thể. Các yếu tố như nhiệt độ, ma sát và lực cắt tạo điều kiện cho nhựa chảy thì cần thiết để quá trình đúc tốt. Độ nhớt ở thời điểm chảy phải đủ thấp để áp suất đúc có thể đẩy nhựa vào khuôn.

Khi nhiệt độ tăng, mạch polyme hấp thụ, tạo ra các dao động, chuyển động quay, biến đổi hoặc chuyển động từng đoạn của phân tử polyme. Chuyển động Brown tạo ra sự sản xuất ngẫu nhiên của các phân tử.

Nếu có 1 lực tác dụng lên polyme lớn hơn nhiệt độ hóa thủy tinh của nó, nó chuyển động bởi lực này. Nếu lực tăng dần làm cho chuyển động Brown vượt qua lực định hướng, polyme chảy, dạng polyme chuyển động tỉ lệ với ứng suất tác dụng. Điều này thuộc giới hạn chảy của Newton.

Khi các phân tử chuyển động nhanh hơn dưới ảnh hưởng của áp suất cao trong quá trình đúc, mạch không còn lộn xộn và có xu hướng thành dòng chảy. Mạch chuyển động nhanh đến nỗi không đủ thời gian cho chuyển động Brown có thể ảnh hưởng đáng kể. Thêm nữa, các phân tử có xu hướng trượt qua các phân tử khác dễ dàng. Khi chúng được định hướng theo 1 hướng, ít lộn xộn và vị trí xa hơn. Vì thế, tăng tốc độ cắt không còn tỷ lệ với ứng suất cắt nữa. Điều này phi Newton, đặc trưng cho nhựa hay polyme chảy, tốc độ cắt không còn tỷ lệ tuyến tính với ứng suất cắt. Vì thế có thể xem rằng quá trình đúc hoặc đùn tạo ra sự định hướng của các phân tử khi chúng qua rãnh rót và cổng phun.

Khi tốc độ chảy tăng lên, nó đạt tới trạng thái cuối cùng với sự định hướng.

2.8.   Sự định hướng:

Định hướng phân tử là sự sắp xếp thẳng hàng của các mạch phân tử theo một hướng. Sự định hướng phân tử được hình thành trong quá trình gia công do định hướng dòng chảy.

Độ bền theo chiều định hướng lớn hơn nhiều so với chiều ngược lại bởi vì theo chiều định hướng là độ bền liên kết cộng hóa trị, còn theo chiều ngược lại là độ bền liên kết Vanderwaal giữa các phân tử polymer với nhau.

Mục tiêu của người thiết kế khuôn trong ép phun là giảm sự định hướng của vật liệu bởi vì sản phẩm ép phun thường chịu ứng suất ở những phần không mong muốn nên tính chất của sản phẩm sẽ không đồng đều.

Khi vật liệu cho vào khuôn lạnh, nó lạnh đông. Bất kể sự định hướng do cổng, nhưng do sự hỗn loạn trong dòng chảy đủ để tạo thành lớp ngoài phân tử 1 cách ngẫu nhiên, vì thế lớp đông bên ngoài này không định hướng. Một phần phân tử polyme bám vào thành, vật liệu chảy sẽ kéo các phân tử còn lại theo hướng dòng chảy. Những lớp này định hướng tốt nhất và ứng suất cắt cao nhất. Gần gần trung tâm các phân tử càng định hướng thấp hơn. Những polyme gần thành đông lại nhanh chóng, bởi vì lớp bên ngoài cách ly nhiệt còn phần bên trong giữ nhiệt lâu hơn mất nhiều thời gian cho chuyển động Brown và định hướng

Sự định hướng tất nhiên ảnh hưởng đền tính chất của vật đúc. Ví dụ 1 tấm PS giòn có cứng lực kéo đứt là 41-48 Mpa. Nếu được đun nóng trên Tg và kéo căng ra, trong khi làm lạnh nó vẫn giữ được sự định hướng, cường lực  kéo đứt 62-82 Mpa tùy thuộc vào độ dãn dài và nhiệt độ của quá trình, tính giòn biến mất. Nếu vật liệu làm lạnh từ từ thì sự định hướng của nó biến mất và nó có tính chất giống như những vật liệu thông thường.

Polyme thường chịu tác dụng bởi 2 loại lực: liên kế C-C có năng lượng khoảng 347,4 Kj/mol và lực Vanderwaal xấp xỉ 12,5 -20,9 Kj/mol và giảm theo hàm số mũ khi tăng khoảng cách vì thế cường lực kéo đứt sẽ tăng khi dòng được định hướng nguyên nhân là có nhiều liên kết C-C được hình thành. Những liên kết này mạnh hơn rất nhiều so với những liên kết Vanderwaal.

Chương 3: ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ ÉP PHUN

3.1. Yếu tố sức khỏe và an toàn

Máy đúc thì nguy hiểm, có thể gây ra một số nguy hại và tổn thương. Cổng an toàn nên đủ lớn và đủ cao để ngăn cản người tiếp xúc với trục máy. Một thiết bị nhỏ hơn phủ lên là cần thiết. Cả phía dưới và phía sau cổng các bộ phận cơ, điện, và thủy lực phải khóa liên hợp khớp vào nhau. Các phần chuyển động phải an toàn, phần cuối của cụm đóng mở khuôn phải được bảo vệ với một lớp nhựa sạch. Việc sử dụng robot đòi hõi phải có một pạhm vi an toàn để ngăn cản nhưng thương tổn nghiêm trọng đặc biệt đối với mắt và đầu.

Xylanh gia nhiệt phải được bao bọc  để ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ. Phần cuối xylanh phải được bảo vệ để ngăn cản sự cháy bởi quá nóng hay các vật liệu gây nổ. Sự chuyên sâu và những ảnh hưởng nên được tham khảo trong tài liệu hướng dẫn an toàn chi tiết hơn.

3.2. Thuận lợi của công nghệ ép phun:

Tạo sản phẩm với tốc độ cao.

Có thể tạo được sản phẩm có thể tích lớn.

Chi phí lao động thấp.

Quá trình tự động hóa cao.

Sản phẩm ít  hoặc không đòi hỏi công đoạn hoàn tất.

Có thể tạo nhiều kiểu bề mặt, màu sắc và hoàn tất.

Ngoại quan tốt.

Đối với nhiều loại vật liệu khác nhau mà không thay máy hay khuôn.

Sai số về kích thước có thể chấp nhận.

Có thể đúc được với sự bổ sung kim loại và phi kim loại.

Có thể  đúc được vật liệu dạng kết hợp của nhựa và các chất khác như thủy tinh, amiang, bột tal, cacbon…

Các phế phẩm có thể sử dụng lại ngay lập tức bằng máy nghiền và máy đúc lại.

Tính chất của sản phẩm có nhiều thuận lợi như chống mài mòn, bền và sáng đẹp…

3.3. Nhược điểm và vấn đề của máy ép phun:

Ngành công nghiệp nhựa có mức lợi nhuận thấp.

Sự hoạt động 3 phần luân phiên để tạp thành sản phẩm.

Khuôn đúc có giá cao.

Máy đúc và thiết bị phụ rất đắt tiền.

Khó điều khiển quá trình.

Máy móc hoạt động không nhất quán, quá trình điều khiển không đo được 1 cách trực tiếp mà phải được điều khiển.

Trình độ kỹ thuật, tay nghề kém thường được thể hiện.

Chất lượng thường khó để xác định ngay lập tức.

Thiếu kiến thúc về quá trình chính.

Thiếu kiến thức về tính chất của vật liệu.

Nguồn nguyên liệu ban đầu không giống nhau. Các chất có trọng lượng phân tử trung bình và hình dạng phân tử có thể khác nhau. Đây là nguyên nhân gây nên sự không ổn đinh và trạng thái làm việc khác nhau. Ngược với các chất thấp phân tử như đường, muối…có thể sản xuất với cấu trúc và tính chất giống nhau.

Để xác định phương trình của quá trình chảy và  những tính chất khác cần cho quá trình đúc, phải biết độ nhớt, nhiệt độ, áp suất. Trong quá trình đúc chúng thay đổi liên tục và không thể đo được. Việc áp dụng lý thuyết vào tực tiễn thì không hoàn toàn chính xác.