CẤU TẠO KHUÔN ÉP PHUN
TỔNG QUÁT
Khuôn là thiết bị dùng để tạo hình sản phẩm thông qua phương pháp định hình Nó được thiết kế và chế tạo cho một số lượng chu trình nhất định, có thể sử dụng một lần hoặc nhiều lần.
Kết cấu và kích thước khuôn được thiết kế tùy thuộc vào hình dáng, kích thước, chất lượng và số lượng sản phẩm cần sản xuất Ngoài ra, cần chú ý đến các thông số công nghệ như góc nghiêng, nhiệt độ khuôn, áp suất gia công, cũng như tính chất vật liệu như độ co rút, tính đàn hồi và độ cứng Các chỉ tiêu kinh tế của bộ khuôn cũng rất quan trọng Khuôn sản xuất sản phẩm nhựa bao gồm nhiều chi tiết lắp ghép, được chia thành hai phần chính.
- Phần cavity (phần khuôn cái, phần khuôn cố định): được gá trên tấm cố định của máy ép nhựa
- Phần core (phần khuôn đực, phần khuôn di động): được gá trên tấm di động của máy ép nhựa
Khoảng trống giữa cavity và core được lấp đầy bằng nhựa nóng chảy, sau đó nhựa được làm nguội và đông đặc lại Sản phẩm cuối cùng được lấy ra khỏi khuôn bằng hệ thống tự động hoặc thao tác thủ công, với hình dạng tương ứng với lòng khuôn.
Trong một bộ khuôn, phần lõm xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm, được gọi là lòng khuôn, trong khi phần lồi ra xác định hình dạng bên trong, gọi là lõi Bộ khuôn có thể bao gồm một hoặc nhiều lòng khuôn và lõi, và phần tiếp xúc giữa chúng được gọi là mặt phân khuôn.
Hình 1.1.1.1 Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng
1.1.2 Phân loại khuôn ép phun
- Theo số tầng lòng khuôn:
+ Khuôn dùng kênh dẫn nóng
+ Khuôn dùng kênh dẫn nguội
- Theo cách bố trí kênh dẫn:
- Theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm:
+ Khuôn cho sản phẩm một màu
+ Khuôn cho sản phẩm nhiều màu
Có nhiều loại khuôn ép phun, bao gồm khuôn hai tấm, khuôn ba tấm, khuôn có kênh dẫn nóng, khuôn nhiều tầng và khuôn cho sản phẩm nhiều màu Khuôn nhiều tầng tích hợp nhiều lòng khuôn giống nhau, trong khi khuôn cho sản phẩm nhiều màu yêu cầu máy ép có nhiều đầu phun Ngoài ra, còn có các cách phân loại khác nhau cho khuôn ép phun.
- Theo lực đóng khuôn chia ra loại: 7, 50,… 100, … 8000 tấn
- Theo lượng nguyên liệu cho một lần phun tối đa: 1, 2, 3, 5, 8,…,
Lực kẹp khuôn Kích thước tương đối
Bảng 1.1.2.1 Phân loại theo lực kẹp khuôn
- Theo loại pitton hay trục vít
- Phân loại theo phương đặt đầu phun nhựa: nằm ngang hay thẳng đứng
- Phân loại theo tên gọi của hãng sản xuất
1.1.3 Kết cấu chung của một bộ khuôn
Ngoài core và cavity, bộ khuôn còn bao gồm nhiều bộ phận khác Các bộ phận này được lắp ghép với nhau để tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn.
Hệ thống dẫn hướng và định vị bao gồm các chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị và chốt hồi, có vai trò quan trọng trong việc giữ đúng vị trí làm việc của hai phần khuôn khi ghép lại, nhằm tạo ra lòng khuôn chính xác.
Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn bao gồm bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa và miệng phun, có nhiệm vụ cung cấp nhựa từ đầu phun của máy ép vào trong lòng khuôn.
Hệ thống đẩy sản phẩm bao gồm các thành phần như chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ và khối đỡ Những bộ phận này có vai trò quan trọng trong việc đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi quá trình ép hoàn tất.
Hệ thống lõi mặt bên bao gồm các thành phần như lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên và xy lanh thủy lực, có nhiệm vụ tháo gỡ các phần không thể tháo (undercut) theo hướng mở của khuôn một cách hiệu quả.
Hệ thống thoát khí bao gồm các rãnh thoát khí, có chức năng loại bỏ không khí tồn đọng trong lòng khuôn, giúp nhựa dễ dàng điền đầy khuôn và ngăn ngừa tình trạng bọt khí hoặc cháy sản phẩm.
Hệ thống làm nguội bao gồm đường nước, rãnh, ống dẫn nhiệt và đầu nối, có chức năng ổn định nhiệt độ khuôn và nhanh chóng làm nguội sản phẩm.
Hình 1.1.3.1 Kết cấu chung của một bộ khuôn
5: Tấm khuôn âm 6: Tấm kẹp trước
8: Vòng định vị 9: Sản phẩm
10: Bộ định vị 11: Tấm đỡ 12: Khối đỡ 13: Tấm giữ
17: Chốt hồi về 18: Bạc mở rộng
HỆ THỐNG CẤP NHỰA NGUỘI (Cool runner)
1.2.1 Tổng quan về hệ thống cấp nhựa nguội a) Đặc điểm
- Một hệ thống kênh dẫn nhựa cơ bản bao gồm các thành phần:
Hình 1.2.1.1 Hệ thống kênh dẫn nhựa b) Nguyên tắc hoạt động
Hệ thống kênh dẫn nhựa đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối nhựa chảy dẻo từ vòi phun đến lòng khuôn Thiết kế, hình dạng và kích thước của hệ thống này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điền đầy khuôn và chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Trong các khuôn có một lòng khuôn, hệ thống cấp nhựa thường chỉ cần sử dụng cuống phun Nhựa được chuyển từ máy ép phun tới cuống phun thông qua bạc cuống phun, và sau đó sẽ được cung cấp trực tiếp vào lòng khuôn.
Khi thiết kế khuôn có nhiều lòng, nhựa sẽ được cung cấp từ vòi phun thông qua cuống phun và hệ thống kênh dẫn Sau đó, nhựa được bơm vào từng lòng khuôn qua các cổng vào nhựa.
- Đảm bảo sự điền đầy đồng thời các lòng khuôn
- Lựa chọn đúng vị trí miệng phun sao không cho ảnh hưởng đến thẩm mỹ sản phẩm và đặc tính cơ học của sản phẩm
- Phải đảm bảo lấy sản phẩm nhanh
Cổng vào nhựa Kênh dẫn
Hình 1.2.1.2 Một số kiểu thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa nguội
1.2.2 Đặc điểm và chức năng các bộ phận của hệ thống kênh dẫn nguội a) Cuống phun
- Dưới đây là hình ảnh hai loại bạc cuống phun có 2 bulông và 4 bulông để gắn vào bộ khuôn
Hình 1.2.2 1 Bạc cuống phun dùng 2 bulông
Hình 1.2.2.2 Bạc cuống phun dùng 4 bulông
Hình 1.2.2.3 Cuống phun có lò xo giảm xóc
Cuống phun là phần kết nối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, có nhiệm vụ dẫn dòng nhựa từ vòi phun đến kênh dẫn hoặc trực tiếp vào lòng khuôn trong trường hợp khuôn không có kênh dẫn Hệ thống cuống phun phổ biến nhất hiện nay là bạc cuống phun, được ưa chuộng vì dễ thay thế và gia công.
- Để tăng tuổi thọ của khuôn, gắn lò xo dưới cuống phun để giảm va chạm có hại cho khuôn và vòi phun
Sử dụng vòng định vị gắn ở đầu bạc cuống phun giúp đảm bảo sự đồng tâm giữa vòi phun và cuống phun Vòng định vị thường được tôi cứng để tăng cường độ bền, tránh bị hư hỏng do vòi phun của máy gây ra.
Hình 1.2.2.6 Lắp ghép giữa bạc cuống phun và vòng định vị
- Kích thước của cuống phun phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Khối lượng, độ dày thành của sản phẩm, loại vật liệu nhựa được sử dụng
+ Độ dài của cuống phun phải phù hợp với bề dày của các tấm khuôn
+ Cuống phun được thiết kế sao cho có độ dài hợp lý, đảm bảo dòng nhựa ít bị mất áp lực nhất trên đường đi
Hình 1.2.2.7 Kích thước cuống phun cho thiết kế Đường kính vòi phun lớn hơn cuống phun không hợp lý
Bán kính tiếp xúc giữa vòi phun và phần lõm của cuống phun không hợp lý
Hình 1.2.2.8 Kích thước hợp lý của cuống phun
Điều này đảm bảo không có khe hở giữa cuống phun và vòi phun khi chúng tiếp xúc, vì khe hở do mòn có thể ngày càng lớn và dẫn đến các vấn đề rò rỉ vật liệu.
Góc côn của cuống phun đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, cần đủ lớn để dễ dàng thoát khuôn Tuy nhiên, nếu góc côn quá lớn sẽ dẫn đến tăng thời gian làm nguội, tiêu tốn vật liệu và thời gian cắt cuống phun ra khỏi sản phẩm Ngược lại, góc côn quá nhỏ có thể gây khó khăn trong việc tháo cuống phun khi mở khuôn Do đó, góc côn tối thiểu nên được duy trì ở mức 1°.
- Trên khuôn, cuống phun được lấy ra cùng lúc với lấy sản phẩm
Do đó, cần có bộ phận kéo cuống phun khi mở khuôn Lợi dụng phần nhựa để giữ cuống phun làm đuôi nguội chậm
Các dạng chốt dựt đuôi keo bao gồm: a) Dạng cuống phun được kéo nhờ côn ngược, được đánh giá là tốt nhất; b) Dạng cuống phun hình chữ “Z”, có chất lượng tốt; c) Dạng cuống phun được kéo nhờ rãnh vòng, ít được sử dụng; và d) Dạng cuống phun được kéo nhờ rãnh chốt đẩy đầu bi, cũng ít được áp dụng.
- Cách tính kích thước phần đầu giựt đuôi keo:
Hình 1.2.2.10 Kích thước phần giựt duôi keo b) Kênh dẫn nhựa
- Kênh dẫn nhựa là đoạn nối giữa cuống phun và miệng phun Làm nhiệm vụ đưa nhựa vào lòng khuôn
Khi thiết kế sản phẩm, việc tuân thủ các nguyên tắc kỹ thuật là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng Dưới đây là một số nguyên tắc thiết yếu mà bạn cần lưu ý.
+ Giảm đến mức tối thiểu sự thay đổi tiết diện kênh dẫn
+ Nhựa trong kênh dẫn phải thoát khuôn dễ dàng
Chiều dài kênh dẫn nên được tối ưu hóa ngắn nhất có thể để đảm bảo quá trình điền đầy lòng khuôn diễn ra nhanh chóng, giảm thiểu mất áp lực và giữ nhiệt độ ổn định.
Kích thước của kênh nhựa phụ thuộc vào loại vật liệu, cần đủ nhỏ để giảm phế liệu, rút ngắn thời gian nguội và giảm lực kẹp Đồng thời, kênh nhựa cũng phải đủ lớn để chuyển tải một lượng vật liệu đáng kể, giúp điền đầy lòng khuôn nhanh chóng và duy trì áp lực hiệu quả.
Hình 1.2.2.12 Một số tiết diện kênh dẫn
- Sau đây là bảng so sánh giữa các tiết diện kênh dẫn:
Loại kênh dẫn Ưu điểm Nhược điểm
Tmax: bề dày thành lớn nhất của chi tiết
- Diện tích bề mặt cắt nhỏ nhất
- Ít mất nhiệt, ít ma sát
- Có lõi nguội chậm giúp duy trì nhiệt và áp xuất
- Khó vì phải gia công trên hai nửa khuôn nhưng hiện nay máy gia công CNC đã khắc phục được nhược điểm này
Tiết diện hình thang hiệu chỉnh
- Chỉ xếp sau kênh dẫn tiết diện tròn về tính năng
- Gia công trên một nửa khuôn
- Tốn nhiều vật liệu hơn
- Mất nhiệt nhanh hơn kênh tròn do diện tích bề mặt lớn hơn
- Gia công trên một nửa khuôn
Tiết diện hình chữ nhật và nửa hình tròn
- Gia công dễ - Do tiết diện nguội không đều nên làm tăng ma sát, áp xuất không đều
- Khó thoát khuôn, ma sát lớn
Bảng 1.2.2.1 So sánh tiết diện 1 số kênh dẫn
1 - Thiết kế kênh dẫn nguội
- Loại tròn được đề nghị sử dụng, loại này cho phép vật liệu chảy tốt nhất
Loại thang và loại trung gian có thể được sử dụng, nhưng dòng chảy của nhựa đến lòng khuôn bị hạn chế do thiết kế làm giảm nhiệt độ của vật liệu trong hệ thống rãnh dẫn.
Các loại vật liệu còn lại không được khuyến nghị sử dụng do không có dòng chảy tối ưu, dẫn đến việc làm nguội nhanh chóng Khi vật liệu nguội nhanh, nó không đạt được độ nén phù hợp trong khuôn, gây ra hiện tượng co ngót và một số khuyết tật khác.
2 -Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế và kích thước của kênh dẫn
Kích thước của hệ thống kênh dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố
Vật liệu nhựa (tính dẻo, thành phần hoá học, thời gian đông đặc, độ mềm hoá, nhiệt độ mềm hoá, độ nhạy với nhiệt độ, độ co rút,…)
Kiểu khuôn (lấy xương keo tự động hay bán tự động, hệ thống điều khiển nhiệt độ của kênh dẫn,…)
Máy (loại kiềm, áp lực phun, tốc độ phun) Thời gian làm lạnh
Chất lượng sản phẩm yêu cầu Sự thất thoát nhiệt Độ nhẵn bề mặt Sự ma sát
Kích thước sản phẩm (chiều dài dòng chảy) Tính kinh tế,…
Bảng 1.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế và kích thước của kênh dẫn
3 - Yêu cầu của kênh dẫn
Yêu cầu của kênh dẫn là một trong những yếu tố quan trọng để có một thiết kế tốt Điền đầy với đường hàn là nhỏ nhất
Không có keo dính và kênh dẫn, giúp bề mặt kênh dẫn có độ bóng cao Nhựa di chuyển nhanh và theo con đường ngắn nhất, giảm thiểu sự thất thoát nhiệt và áp suất.
Vật liệu đi vào các lòng khuôn tại các cổng với cùng một thời gian, áp xuất bằng nhau và nhiệt độ là như nhau
Tiết kiệm vật liệu, nếu tiết diện quá lớn thì thời gian làm lạnh tăng, còn nếu tiết quá nhỏ thì thời gian điền đầy tăng
Không cản trở dòng chảy Thời gian điền đầy trong chu kỳ là ngắn nhất Các phần tử nhựa có cùng tốc độ chảy
Bảng 1.2.2.3 Yêu cầu của kênh dẫn
Kênh dẫn có nhiều kiểu tiết diện khác nhau, và việc lựa chọn tiết diện tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố Trong quá trình thiết kế, cần xem xét các yêu cầu cụ thể và đánh giá ưu-nhược điểm của từng loại tiết diện để đưa ra quyết định chính xác.
HỆ THỐNG CẤP NHỰA NÓNG (HOT RUNNER - HR)
1.3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, lợi ích và hạn chế a) Nhiệm vụ Đưa nhựa nóng vào trong lòng khuôn khi dòng nhựa nóng đi ra từ máy ép và luôn giữ nhựa nóng chảy trong hệ thống kênh dẫn Nếu một hệ thống HR không được thiết kế đúng thì việc chọn hay chế tạo ra nó có thể gây ra sự hư hỏng ở sản phẩm như rạn nứt, các vết nứt ở các thành phần khuôn, sự nhỏ giọt, kéo sợi,
Hình 1.3.1.1 Hệ thống cấp nhựa nóng b) Yêu cầu kỹ thuật
Để đảm bảo nhiệt độ phân bố đồng nhất trong toàn bộ dòng chảy, hệ thống cấp nhiệt cần phải bù đắp lượng nhiệt bị mất Việc sử dụng hệ thống cách nhiệt hiệu quả và điều khiển nhiệt độ chính xác sẽ giúp bù đắp lượng nhiệt thiếu hụt, từ đó tạo ra nhiệt độ ổn định trên toàn bộ hệ thống kênh dẫn.
Để giảm thiểu khả năng mất áp suất khi nhựa nóng chảy qua kênh dẫn, cần lựa chọn cẩn thận kênh dẫn và miệng phun, bao gồm đường kính và chiều dài, cũng như chế độ lắp ráp giữa các chi tiết.
- Có khả năng điều khiển trạng thái miệng phun như một cái van nhiệt (thermal):
+ Mở: khi phun nhựa vào lòng khuôn
+ Đóng: khi mở khuôn lấy sản phẩm
- Duy trì việc cân bằng dòng, nghĩa là đảm bảo việc điền đầy các lòng khuôn đồng bộ
- Chống rò rỉ trong hệ thống
- Trong một số trường hợp, phải dễ đổi màu
- Tính bền, đặc biệt là bộ phận cấp nhiệt
- Dễ lắp ráp vào khuôn
- Dễ dàng làm sạch và thay thế các thành phần bị mòn hoặc hỏng
- Định vị chính xác bề mặt của đầu phun (nozzle) với bộ gia nhiệt (manifold) và khu vực làm kín nozzle
- Tấm manifold phải chế tạo chính xác các kích thước định tấm các lỗ để gắn nozzle và bề dày manifold
- Phải cho phép tấm manifold và nozzle giãn nở
- Phải chú ý đến các hệ thống dây điện trở Phải chắc chắn hệ thống dây điện trở không tiếp xúc trực tiếp với manifold nóng
- Sử dụng những chi tiết đỡ phụ những nơi cần thiết
Cung cấp các đường dây hợp lý cho nozzle, cặp nhiệt trở và bộ phận gia nhiệt manifold là rất quan trọng Các dây dẫn cần được hướng về một terminal hợp lý, thường được đặt trên đầu khuôn, ở cạnh khuôn có tiếp xúc khi vận hành Cần tránh nhồi nhét và uốn dây quá mức để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả Ngoài ra, các dây dẫn phải được trang bị ghim gài hoặc vỏ bọc để bảo vệ Việc sử dụng hệ thống dây dẫn đúng cách mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng cường hiệu suất và độ bền của thiết bị.
- Giảm thời gian chu kỳ ép
- Hạn chế được việc sử dụng kênh dẫn nguội (Cold Runner) có thể có những phế liệu sót lại hoặc phải nghiền lại
- Giảm lượng nhựa tiêu thụ trong khuôn
Việc rút ngắn quy trình lãng phí nhựa trong chu trình tuần hoàn, bao gồm phân loại, nghiền lại và lưu trữ, không chỉ tiết kiệm lao động mà còn giảm thiểu năng lượng tiêu thụ hiệu quả.
- Cải thiện độ bền và chất lượng chi tiết
- Giảm áp xuất phun a) Cold Runner b) Cold Runner-HR c) HR
Hình 1.3.1.2 So sánh sự lãng phí phát sinh trong khuôn
Hệ thống Cold Runner trong hình a có thể tích cuống phun khoảng 25cm³, trong khi hình b sử dụng hệ thống Hot Runner đơn giản với 4 vòi phun và 1 Cold Runner ngắn, giảm thể tích cuống phun xuống còn 5cm³ Đặc biệt, hình c minh họa hệ thống hoàn toàn Hot Runner với 16 vòi phun, loại bỏ hoàn toàn cuống phun và kênh dẫn.
Sử dụng khuôn dạng (b) sẽ giảm được 20% sự lãng phí chỉ với 1 hệ thống Hot Runner có giá vừa phải
Sử dụng khuôn dạng (c) sẽ rất đắt tiền nhưng sẽ giảm tối đa sự lãng phí nhựa d) Những giới hạn khi sử dụng hệ thống kênh dẫn nóng
Hệ thống HR cần được áp dụng cho từng loại ứng dụng và vật liệu nhựa cụ thể Việc chuyển đổi giữa các loại nhựa có thể gặp khó khăn hoặc thậm chí không khả thi, chẳng hạn như việc sử dụng các Nozzle khác nhau cho một loại nhựa mới.
- Sự nguy hiểm về nhiệt khi sử dụng các loại nhựa nhạy nhiệt
- Bộ điều khiển nhiệt độ yêu cầu phải chính xác
- Giá thành bảo trì cao
1.3.2 Cấu trúc và chức năng của hệ thống Hot Runner a) Cấu trúc
Một hệ thống HR gồm các thành phần sau:
- Bạc cuống phun (Sprue bushing)
- Kênh dẫn phân phối nhựa tới các vòi phun (Manifold)
Hình 1.3.2.1 Cấu trúc của một kênh dẫn nóng Hot runner b) Chức năng các bộ phận
Chức năng - Kết nối với đầu phun của máy phun
- Làm kín hệ thống dòng chảy kết nối từ máy đến vòi phun
- Giảm áp xuất khi cần thiết
- Lọc nhựa nóng nếu yêu cầu
- Vận chuyển và phân phối dòng nhựa nóng
- Duy trì nhiệt độ nhựa là một hằng số trong khi phun
- Truyền áp xuất cho dòng nhựa
- Cấp nhựa nóng đến miệng phun
- Duy trì nhiệt độ nhựa là một hằng số trong khi phun
- Cung cấp nhựa nóng đến lòng khuôn
- Duy trì đường dẫn nhựa vào lòng khuôn
Bảng 1.3.2.1 Chức năng các bộ phận của một hệ thống Hot Runner
1.3.3 Đặc điểm, cách tính và bố trí các thành phần a) Bạc cuống phun (Sprue bushing)
Bạc cuống phun là bộ phận quan trọng giúp dẫn nhựa từ vòi phun đến manifold, và cần được gia nhiệt đồng đều để đảm bảo chất lượng sản phẩm Việc điều khiển nhiệt độ tại bạc cuống phun là cần thiết, đặc biệt đối với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ cao, vì nếu nhiệt độ quá thấp, bề mặt sản phẩm sẽ không đạt yêu cầu Do đó, việc gia nhiệt cho bạc cuống phun là rất quan trọng, và nhiều hãng lớn đã sản xuất chi tiết này với chất lượng tốt.
Hình 1.3.3.1 Bạc cuống phun trong kênh dẫn nóng
- Bạc cuống phun kênh dẫn nóng được phân làm 3 loại cơ bản tuy theo dạng sản xuất:
+ Cuống phun có buồng giảm áp
+ Cuống phun dạng đóng a) Dạng mở b) Với buồng giảm áp c) Shut-off d) Dạng mở với bộ lọc nhựa e) Với buồng giảm áp và bộ lọc
3 Tip(xylanh) của vòi phun Nozzle
Hình 1.3.3.2 Các loại bạc cuống phun trong kênh dẫn nóng
Kênh dẫn cho cuống phun dạng mở có thể hình trụ hoặc hình nón
Kênh dẫn hình nón giúp ngăn ngừa thất thoát nhựa từ cuống phun khi
Kênh dẫn của vòi phun trong máy ép phun cần phải tương thích với kênh dẫn của cuống phun Đối với kênh dẫn hẹp, vòi phun và bạc cuống phun tiêu chuẩn là lựa chọn phù hợp Trong khi đó, vòi phun với kênh dẫn được mở rộng cũng là một giải pháp hiệu quả.
Hình 1.3.3.3 Sự phù hợp giữa vòi phun Nozzle và bạc cuống phun trong
2 - Cuống phun với buồng giảm áp
Cuống phun được sử dụng để giảm áp suất dòng nhựa chảy dẻo trong hệ thống Hot Runner, ngăn chặn tình trạng căng thẳng và thất thoát nhựa từ vòi phun Nozzle trong khuôn mở nhanh Nó cũng giúp ngăn không cho không khí xâm nhập vào bên trong bạc cuống phun, vì không khí có thể bị nén trong quá trình phun và đạt nhiệt độ cao, gây ra nguy cơ cháy nhựa.
Cuống phun dạng đóng được trang bị một van một chiều trong kênh dẫn, cho phép dòng nhựa đi qua khi vòi phun bị kéo về hoặc cho phép không khí đi vào bên trong Kênh dẫn manifold cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Manifold được sử dụng để phân phối nhựa từ nhánh nóng của máy đến nhiều miệng phun trong quá trình phun gián tiếp Đối với các lòng khuôn đồng nhất, việc cân bằng manifold chỉ cần thực hiện tự nhiên, tức là đảm bảo đường kính và chiều dài kênh dẫn giống nhau Tuy nhiên, đối với các lòng khuôn khác nhau hoặc một lòng khuôn với nhiều miệng phun ở các vị trí khác nhau, đặc biệt là trong trường hợp sản phẩm lớn, việc cân bằng manifold là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
1 - Cấu tạo và đặc điểm
Hình 1.3.3.4 Cấu tạo kênh dẫn Manifold
(1) Thân manifold: được làm từ hợp kim hoặc thép không rỉ
(2) Rãnh nhựa: để nhựa lỏng có thể chảy trong nó, yêu cầu càng nhẵn càng tốt
Chốt giới hạn cần được thiết kế kín để ngăn ngừa rò rỉ nhựa và đảm bảo không bị trượt khi chịu áp suất cao trong quá trình hoạt động Đồng thời, việc tháo lắp chốt cũng phải đơn giản để thuận tiện cho việc bảo trì hệ thống khi cần thiết.
(4) Chốt xuyên: Thêm chốt này để có thể đảm bảo nhựa không rò rỉ với áp xuất cao, đây là thiết kế để an toàn
(5) Đầu ren: để dễ dàng cho lắp ráp
Lớp bọc điện trở manifold được chế tạo từ kim loại dễ uốn với hệ số truyền nhiệt cao, được nén lên bộ gia nhiệt vào các rãnh gia nhiệt trên thân manifold, giúp duy trì nhiệt độ hiệu quả cho hệ thống.
Nhiệt trở hình ống được bố trí xung quanh chu vi của manifold nhằm bù đắp nhiệt độ mất mát trên bề mặt Việc này rất quan trọng để tránh tình trạng nhựa quá nhiệt, có thể dẫn đến cháy và tạo ra các vết đen trên sản phẩm.
(8) Đây là bộ gia nhiệt thứ hai của hệ thống
Hình 1.3.3.5 Các loại kênh dẫn Manifold Để thiết kế một Manifold hoàn chỉnh cần thực hiện các yêu cầu sau:
- Ước lượng trọng lượng sản phẩm và vật liệu được sử dụng dựa trên tiêu chuẩn và đặc điểm kỹ thuật
- Xác định cổng vào nhựa và các dạng cổng phù hợp Điều này phụ thuộc vào tính thẩm mỹ, mặt cắt các thành khuôn và độ bền đa chiều
HỆ THỐNG LẤY SẢN PHẨM
1.4.1 Các cách lấy sản phẩm ra khỏi khuôn
Người công nhân sẽ thực hiện việc lấy và kiểm tra sản phẩm sau mỗi chu kỳ ép phun, đồng thời cắt đuôi keo nếu cần thiết Quy trình này thường áp dụng cho các sản phẩm lớn, nơi việc bố trí hệ thống đẩy trong khuôn gặp khó khăn, hoặc khi cần kiểm tra kỹ lưỡng chất lượng sản phẩm ép ra.
- Dùng hệ thống tay robot, áp dụng tự động hóa cao nhưng chi phí ban đầu cao
- Dùng hệ thống đẩy lấy sản phẩm, cách này hay dùng nhất
1.4.2 Khái niệm hệ thống đẩy
Sau khi sản phẩm trong khuôn được làm nguội, cần mở khuôn để lấy sản phẩm ra Tuy nhiên, sản phẩm thường dính vào lòng khuôn do lực hút chân không và có xu hướng co lại khi nguội Do đó, cần một hệ thống đẩy để đẩy sản phẩm ra ngoài một cách hiệu quả.
Hình 1.4.2.1 Cấu tạo chung của hệ thống đẩy
- Đơn giản hóa (không quá phức tạp đối với khuôn, cơ cấu nhỏ, nhẹ và hiệu quả)
Chốt đẩy có độ cứng từ 40 đến 45 HRC, được gia công chính xác và lắp đặt theo hệ thống trục Tuy có khả năng chịu mài mòn tốt nhờ vào quá trình phun ép với chu kỳ nhỏ, nhưng bạc dẫn không tự bôi trơn, dẫn đến tình trạng nhanh mòn và giảm tuổi thọ của sản phẩm.
Tốc độ tác động lên sản phẩm rất nhanh, cho phép tác động đồng thời ở nhiều vị trí đối với sản phẩm có bề rộng lớn như ty lói Đối với các sản phẩm ngắn như tấm lói hoặc lói bửng, tác động diễn ra cục bộ Ngoài ra, với sản phẩm không đồng phẳng như ống lói hay các sản phẩm có bề sâu như khí nén, tốc độ tác động cũng rất hiệu quả.
- Có khoảng đẩy và lực đẩy phù hợp để đẩy sản phẩm
- Có thể lấy sản phẩm ra dễ dàng và không ảnh hưởng đến hình dạng sản phẩm, tính thẩm mỹ của sản phẩm
- Hệ thống đẩy phải nằm trên khuôn di động (khuôn 2 tấm)
Sau khi quá trình nhựa điền đầy lòng khuôn và làm mát hoàn tất, máy ép sẽ mở khuôn Trục đẩy (ejector rod) sẽ đẩy hai tấm đẩy (ejector plate) cùng với các chi tiết đẩy như chốt đẩy, lưỡi đẩy, ống đẩy và tấm tháo để đưa sản phẩm ra ngoài.
Trong quá trình hoạt động, tấm đẩy của máy ép nén lò xo lại Khi trục đẩy trở về vị trí ban đầu, lực tác động lên tấm đẩy không còn, và lực nén của lò xo sẽ giúp tấm đẩy quay trở lại vị trí ban đầu với sự hỗ trợ dẫn hướng của chốt hồi.
1.4.4 Các hệ thống đẩy thường dùng a) Hệ thống đẩy dùng chốt đẩy Đây là hệ thống đẩy được dùng phổ biến nhất Vật liệu thường dùng là T8A hoặc T10A, được tôi cứng hơn 50HRC và nhám bề mặt yêu cầu 0,8 μm; lắp chặt H8/f8 Chốt đẩy là chi tiết tiêu chuẩn với đường kính, chiều dài, hình dạng khác nhau
Những lỗ tròn dễ gia công, nên hệ thống này khá đơn giản dễ thực hiện
Để gia công các lỗ tròn dài và chính xác, việc doa rộng các lỗ chốt đẩy một khoảng chiều dài nhất định là cần thiết, nhằm khắc phục những khó khăn trong quá trình gia công.
Hình 1.4.4.1 Hệ thống đẩy và hình dạng các chốt đẩy thường sử dụng
1 Tấm di động, 2 Tấm đẩy, 3 Chốt đẩy, 4 Chốt hồi, 5 Tấm khuôn di động, 6 Tấm giữ
Chốt đẩy phải trở về vị trí ban đầu sau khi đẩy sản phẩm rơi ra ngoài Có 3 hệ thống hồi phổ biến:
Khi sử dụng chốt hồi trong quá trình khuôn đóng, mặt chóp của chốt hồi cần phải ngang hàng với đường phân khuôn và tấm khuôn cố định Chốt hồi sẽ được điều khiển bởi lực đóng khuôn, giúp nửa khuôn còn lại tác động lên chốt hồi và đưa hệ thống đẩy về vị trí ban đầu.
Hình 1.4.4.2 Chức năng của chốt hồi
1 Tấm kẹp dưới, 2 Gối đỡ, 3 Tấm khuôn di động, 4 Tấm khuôn cố định,5 Chốt hồi, 6 Chốt đẩy, 7 Tấm giữ, 8 Tấm đẩy, 9 Bạc cuống phun
Hình 1.4.4.3 Chốt hồi khi khuôn mở (trái) và khi khuôn đóng (phải)
- Sử dụng chốt đẩy đồng thời cũng là chốt hồi
Hình 1.4.4.4 Sử dụng chốt đẩy như chốt hồi
1 Chốt đẩy, 2 Tấm di động, 3 Chốt đẩy có chức năng hồi
- Sử dụng lò xo để hồi
Hệ thống dẫn hướng là cần thiết khi có quá nhiều chốt đẩy trong cụm đẩy, hoặc khi cụm đẩy quá mỏng, hoặc lực đẩy không đồng đều Nếu không, chốt đẩy có thể nghiêng sau khi đẩy, dẫn đến tình trạng cong hoặc nứt.
Hình 1.4.4.6 Hệ thống hồi có dẫn hướng b) Hệ thống đẩy dùng lưỡi đẩy
Lưỡi đẩy được sử dụng để đẩy các chi tiết có thành mỏng và hình dạng phức tạp, vì việc dùng chốt đẩy tròn có thể gây lún cho những chi tiết này.
Hệ thống đẩy với lưỡi đẩy có lực đẩy mạnh hơn nhờ vào kích thước lớn hơn và diện tích tiếp xúc rộng hơn so với chốt đẩy.
Hệ thống đẩy sử dụng ống đẩy là giải pháp hiệu quả để đẩy các chi tiết dạng tròn xoay Trong hệ thống này, chốt cố định được gắn để dẫn hướng ống đẩy di chuyển tịnh tiến khi tấm đẩy được tác động Đồng thời, chốt cố định cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hình lõi cho sản phẩm dạng tròn xoay.
Tấm đẩy Tấm giữ Khoảng hở
Hình 1.4.4.8 Hệ thống đẩy dùng ống đẩy d) Hệ thống đẩy sử dụng tấm tháo
- Dùng để đẩy những chi tiết có dạng trụ tròn hay hình hộp chữ nhật có bề dày thành mỏng
- Hệ thống này thì sản phẩm luôn đạt được tính thẩm mỹ do không có vết chốt đẩy
- Nhược điểm của hệ thống này là sử dụng lực đẩy lớn hơn so với các phương pháp khác, do tấm tháo có trọng lượng lớn hơn
Hình 1.4.4.9 Hệ thống đẩy dùng tấm tháo e) Hệ thống đẩy dùng khí nén
Sản phẩm có lòng khuôn sâu như xô, chậu thường gặp khó khăn trong việc thoát khuôn khi nguội, do độ chân không lớn trong lòng khuôn và lõi khuôn Để giải quyết vấn đề này, cần áp dụng lực đẩy lớn và phân bố đều nhằm giúp sản phẩm thoát ra dễ dàng Lời khuyên là sử dụng khí nén kết hợp với tấm tháo để lấy sản phẩm hiệu quả.
Chi tiết Ống đẩy cố định
Chi tiết Ống đẩy di chuyển
Hình 1.4.4.10 Hệ thống đẩy dùng khí nén kết hợp tấm tháo
Để đơn giản hóa thiết kế tấm tháo, có thể lắp đặt hai dòng khí qua hai van khí trên cả hai tấm khuôn nhằm lấy sản phẩm hiệu quả hơn.
Hình 1.4.4.12 Hai kiểu van khí thường dùng
1.4.5 Điều khiển hệ thống đẩy a) Gia tốc thêm cho một chốt đẩy
Dùng cơ cấu thanh răng bánh răng để gia tốc thêm cho chốt đẩy
Hệ thống đẩy có gia tốc sẽ giúp cho sản phẩm rời khuôn nhanh hơn
Van mở Đường dẫn khí
Hình 1.4.5.1 Hệ thống đẩy có gia tốc thêm cho chốt đẩy b) Gia tốc thêm cho tấm đẩy trên (đẩy kép có gia tốc)
Tương tự như hệ thống đẩy có gia tốc cho một chốt đẩy chỉ khác ở chỗ hệ thống thanh răng sẽ điều khiển tấm đẩy ở phía trên
Hình 1.4.5.2 Hệ thống đẩy có gia tốc thêm cho tấm đẩy trên c) Tấm đẩy có đòn bẩy
HỆ THỐNG LÀM NGUỘI
1.5.1 Tầm quan trọng và mục đích của hệ thống làm nguội a) Tầm quan trọng
Thời gian làm nguội chiếm khoảng 60% chu kỳ khuôn, do đó, việc giảm thời gian làm nguội mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là rất quan trọng Nhiệt độ chảy của nhựa khi đưa vào khuôn thường dao động từ 150°C đến 300°C, và khi nguyên liệu nhựa ở nhiệt độ cao này, một lượng lớn nhiệt sẽ được truyền vào khuôn Nếu hệ thống làm nguội không hoạt động hiệu quả, nhiệt độ trong khuôn sẽ tăng lên, dẫn đến việc kéo dài chu kỳ sản xuất.
Hình 1.5.1.1 Thời gian làm nguội b) Mục đích
- Giữ cho khuôn có nhiệt độ ổn định để nguyên liệu nhựa có thể giải nhiệt đều
- Giải nhiệt nhanh, tránh trường hợp nhiệt giải không kịp, gây nên hiện tượng biến dạng sản phẩm gây ra phế phẩm
- Giảm thời gian chu kỳ, tăng năng xuất sản xuất
1.5.2 Một số chất làm nguội
Chất làm nguội thông dụng Chất làm nguội Nhiệt độ làm việc(°C)
Nước chống làm lạnh hoặc nước gia nhiệt
Bảng 1.5.2.1 Các chất làm lạnh thường được sử dụng nhất
1.5.3 Độ dẫn nhiệt của kim loại
Vật liệu khuôn Độ dẫn nhiệt (W/m.K)
Bảng 1.5.3.1 Giá tri độ dẫn nhiệt của 1 số kim loại làm khuôn thông dụng
1.5.4 Các thành phần của hệ thống làm nguội trong khuôn ép nhựa
Sơ đồ 1.5.4.1 Thành phần hệ thống làm nguội
A: Bể chứa dung dịch làm nguội(Collection manifold)
C: Ống cung cấp chất làm nguội (Supply manifold)
E: Kênh làm nguội (Regular Cooling Channels)
H: Bộ điều khiển nhiệt độ (Temperature Controller)
Hình 1.5.4.1 Hệ thống làm nguội trên khuôn
1.5.5 Quy luật thiết kế kênh dẫn nguội
- Đảm bảo làm nguội đồng đều toàn sản phẩm Do đó, cần chú ý đến những phần dày nhất của sản phẩm
Làm nguội đều Làm nguội không đều a - Đường đẳng nhiệt b - Kênh dẫn nguội c - Đốm nóng
Làm nguội đều Làm nguội không đều
Sơ đồ 1.5.5.1 Bố trí kênh dẫn nguội làm nguội đều và không đều
- Kênh dẫn nguội nên để gần mặt lòng khuôn để có thể giải nhiệt tốt hơn
- Đường kính của rãnh dẫn nguội nên không đổi trên toàn bộ chiều dài kênh để tránh sự ngắt dòng sẽ làm trao đổi nhiệt không tốt
- Thiết kế đường nước sao cho có 1 đầu vào và 1 đầu ra
Nên chia kênh làm nguội thành nhiều vòng để tối ưu hiệu suất Tránh thiết kế kênh dẫn nguội quá dài, vì điều này có thể dẫn đến việc mất áp suất và tăng nhiệt độ, làm cho độ chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra vượt quá 3°C.
Không tốt Không tốt Tốt
Sơ đồ 1.5.5.2 Kênh dẫn nguội không nên quá dài
- Dòng nước làm mát phải chảy liên tục và mang nhiệt độ từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp
Hệ thống làm mát trong khuôn cần được thiết kế đồng đều cho cả khuôn âm (Cavity) và khuôn dương (Core) Thông thường, khuôn âm dễ bố trí đường nước hơn nhờ có nhiều diện tích trống, trong khi khuôn dương lại hạn chế do bị chiếm chỗ bởi hệ thống ty đẩy Do đó, việc thiết kế đường nước cho khuôn dương cần được chú trọng để đảm bảo hiệu quả làm mát.
Core thường phải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc thiết kế các đường nước chéo nhau Mục tiêu chính trong quá trình thiết kế là đảm bảo rằng lượng nước chảy qua Core và Cavity phải được cân bằng.
- Nhiệt độ ở đầu vào và đầu ra càng ít chênh lệch càng tốt (T = Tra
Để đảm bảo nhiệt độ (T) trong khoảng từ 1 đến 5°C, lượng nhiệt được giải tỏa khỏi khuôn tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy Để tăng cường lượng nhiệt giải tỏa nhanh chóng, cần tăng vận tốc dòng chảy thông qua hệ thống bơm thủy lực.
Việc sắp xếp đường nước theo kiểu nối tiếp, song song hoặc kết hợp cả hai không phải là yếu tố quyết định, mà điều quan trọng là bố trí phải phù hợp với quy luật dòng chảy.
- Cần tính toán tiết diện lỗ nước sao cho nguồn nước cung cấp đủ cho cả hệ thống Thông thường thì đường nước thường thiết kế với 8 P.T 1/8 hoặc 10 P.T ẳ
Cần ưu tiên thiết kế đường nước ở những vị trí có thành dày đột ngột trên sản phẩm và nên liên hệ với khách hàng để cân nhắc giảm bớt độ dày cho hợp lý Đối với các khu vực có Cavity dạng tấm mỏng, việc khoan đường nước sẽ không mang lại hiệu quả cao, do đó cần lựa chọn giải pháp thay thế bằng hợp kim khác có khả năng giải nhiệt nhanh hơn.
Khi thiết kế hệ thống làm mát cho khuôn ba tấm, cần lưu ý làm mát cả tấm lấy xương keo, mặc dù không có sản phẩm Tấm lấy xương keo thường mỏng hơn tấm kẹp, nên chịu ảnh hưởng nhiệt nhiều hơn và dễ bị giãn nở, gây biến dạng chốt Điều này có thể dẫn đến khó khăn trong việc mở khuôn.
- Kênh làm nguội phải được khoan có độ nhám để tạo dòng chảy rối sẽ giúp trao đội nhiệt tốt hơn dòng chảy tầng 3-5 lần
Dòng chảy tầng Dòng chảy rối a – Chất làm nguội b – Bề mặt nước/kim loại c – Thành khuôn d – Chi tiết nhựa
Biểu đồ 1.5.5.1 So sánh dòng chảy rối và dòng chảy tầng
- Dòng chảy rối được đặc trưng bởi số Raynold (Re) Theo bảng:
Số Reynold Trạng thái dòng chảy
Bảng 1.5.5.1 Trạng thái dòng chảy dựa trên số Raynold
- Số Reynold có thể tính theo công thức sau:
Trong đó: ρ: tỷ trọng riêng của chất làm nguội(kg/m 3 )
U: vận tốc trung bình của dòng chất làm nguội(m/s) d: đường kính kênh làm nguội(m) л: hệ số nhớt kênh làm nguội(m 2 /s)
- Cần xem xét độ bền cơ học của tấm khuôn khi khoan các kênh làm nguội
1.5.6 Thiết kế kênh làm nguội
- Các kênh làm nguội phải đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt nhưng cần chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn
Đường kính của kênh làm nguội cần phải lớn hơn 8mm (có thể là 8 hoặc 10mm) để thuận tiện cho việc gia công Việc giữ nguyên kích thước này là rất quan trọng nhằm tránh sự khác biệt trong tốc độ chảy của chất lỏng làm nguội, điều này có thể xảy ra do sự thay đổi đường kính của các kênh làm nguội.
- Nên chia hệ thống làm nguội ra nhiều vùng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn
- Đặc biệt chú ý đến việc làm nguội những phần dày của sản phẩm
- Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng
- Lưu ý đến hiện tượng cong vênh do sự co rút khác nhau khi bề dày sản phẩm khác nhau
Sơ đồ 1.5.6.1 Kích thước kênh làm nguội cho thiết kế
Bề dày thành sản phẩm mm
(inch) Đường kính kênh làm nguội mm (inch)
Khoảng cách từ tấm kênh làm nguội đến thành sản phẩm
Khoảng cách giữa 2 tấm kênh dẫn nguội 2(0.08) 8÷10(0.30÷0.40)
Bảng 1.5.6.1 Kích thước làm nguội cho thiết kế
Một số phương thức dùng để làm lạnh lõi phụ thuộc vào kích cỡ và cấu trúc:
- Làm lạnh có vách ngăn (Baffle system)
- Kiểu vòi phun (Fountain system)
- Dạng lỗ góc (Angled hole)
- Làm lạnh lỗ từng bước (Stepped hole)
- Kiểu xoắn ốc (Spiral cooling)
- Thanh gia nhiệt (Heat rods)
- Ống gia nhiệt (Heat pipes)
- Beryllium copper cores and cavities a) Hệ thống làm lạnh có vách ngăn (Baffle system)
- Đây là 1 hệ thống đơn giản cho việc làm lạnh những lõi nhỏ, mặc dù những dãy vách ngăn này có thể sử dụng trong những lõi lớn hơn
Khoan lỗ vào tấm core và chèn dải đồng bên trong là bước quan trọng để đảm bảo dòng chảy không bị rò rỉ Việc lắp đặt phải chính xác với các lỗ khoan, và đáy của những lỗ này cần được bịt kín bằng nút plug để đảm bảo tính hiệu quả.
Hình 1.5.7.1 Hệ thống làm lạnh vách ngăn
- Chất làm nguội đi vào qua đầu vào (inlet) và thông qua các vách ngăn đứng để giải nhiệt đều cho khuôn b) Hệ thống kiểu vòi phun (Fountain system)
- Hệ thống kiểu vòi phun cho năng xuất cao hơn so với kiểu vách ngăn (Baffe) và giúp phân bố giải nhiệt đều khắp trên khuôn
Hình 1.5.7.2 Hệ thống làm nguội một vòi phun
Hình 1.5.7.3 Hệ thống đa vòi phun
Hệ thống này cho phép nước làm nguội đi vào từ giữa và phân bổ đều sang hai bên, mang lại hiệu quả giải nhiệt tối ưu Thiết kế hệ thống dạng lỗ góc (Angle holed design) cũng góp phần nâng cao khả năng tản nhiệt.
Kiểu thiết kế này có thể gây nguy hiểm do phoi có thể bị kẹt lại ở các bề mặt giao nhau trong quá trình khoan lỗ góc, dẫn đến việc hạn chế dòng chảy của chất làm nguội qua lõi.
Hình 1.5.7.3 Làm nguội kiểu lỗ góc d) Hệ thống làm lạnh dạng lỗ từng bước (Stepped hole design)
Hệ thống này có thiết kế đơn giản hơn so với hệ thống lỗ nghiêng, nhưng nhược điểm là sau khi khoan lỗ, một đầu cần phải được bịt lại để điều chỉnh dòng chảy Tuy nhiên, điều này đôi khi có thể dẫn đến hỏng hóc và rò rỉ.
Hình 1.5.7.4 Hệ thống làm nguội lỗ bước e) Hệ thống làm nguội dạng xoắn ốc (Spiral cooling)
Hệ thống làm lạnh này mang lại hiệu quả cao hơn và khả năng điều khiển nhiệt độ tốt cho những lõi dạng trụ có đường kính lớn hơn 50mm, nhờ vào việc cung cấp đường làm nguội đồng đều.
Hình 1.5.7.5 Hệ thống làm nguội dạng xoắn ốc
Chất làm lạnh được đưa vào trung tâm của "insert carrying cooling insert" và di chuyển theo đường xoắn ốc xuống dưới để tản nhiệt ra ngoài Ngoài ra, còn có các phương pháp giải nhiệt khác cũng rất hiệu quả.
- Có thể dùng thanh giải nhiệt (Heat rod) và Heat pipe (ống nhiệt):
HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG VÀ ĐỊNH VỊ
Có nhiều phương pháp để định vị hai tấm khuôn, và phương pháp lựa chọn phụ thuộc vào hình dạng chi tiết, độ chính xác sản phẩm, cũng như tuổi thọ dự kiến của khuôn Dưới đây là một số cách chọn.
(1) Không sử dụng định vị trong khuôn
(2) Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng
(3) Khóa côn giữa lòng khuôn và lõi khuôn
(4) Khóa côn giữa nhóm lòng khuôn và lõi khuôn
Hình 1.6.1 Hệ thống dẫn hướng và định vị
1.6.1 Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng
Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng có chức năng chính là căn chỉnh khuôn trước và khuôn sau một cách chính xác Chốt dẫn hướng được lắp ở khuôn trước, trong khi bạc dẫn hướng nằm ở khuôn sau Để đảm bảo không xảy ra hỏng hóc khi đóng khuôn, độ dài của chốt dẫn hướng cần phải dài hơn miếng ghép cao nhất Các loại chốt dẫn hướng rất đa dạng và phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.
Hình 1.6.1.1 Chốt dẫn hướng thẳng có vai
Hình 1.6.1.2 Chốt dẫn hướng bậc có vai b) Các loại bạc dẫn hướng
Hình 1.6.1.3 Bạc dẫn hướng thẳng không có vai
Hình 1.6.1.4 Bạc dẫn hướng có vai
Hình 1.6.1.5 Bạc dẫn có rãnh tra dầu c) Cách lắp bạc dẫn hướng và chốt dẫn hướng
Khi chốt được lắp vào tấm hỗ trợ, ổ đỡ có thể được tháo ra khỏi khuôn mà không cần gỡ bỏ tấm đẩy, giúp việc bảo trì hệ thống đẩy trở nên dễ dàng hơn.
Chốt được cài đặt trên ổ đỡ nhanh chóng, khi ổ đỡ gỡ bỏ từ khuôn chuẩn Lắp ráp hoàn chỉnh bị loại bỏ
Hình 1.6.1.6 Lắp bạc dẫn hướng và chốt dẫn hướng
Việc lắp đặt chốt dẫn hướng trong khuôn là rất quan trọng, với một khuôn bình thường thường có 4 chốt dẫn hướng, trong khi những khuôn lớn có thể sử dụng tới 6 chốt Để tránh việc hai phần khuôn lắp ngược nhau, gây hỏng hóc cho lòng khuôn và lõi, người ta thường sử dụng các chốt có đường kính khác nhau Thông thường, sẽ có ít nhất một chốt có đường kính khác hoặc vị trí lỗ bị xê dịch để đảm bảo sự chính xác trong lắp ráp.
Bảng tra các kích thước trục dẫn hướng
Các chốt dẫn hướng thường duy trì độ thẳng hàng sơ bộ, nhưng với khuôn chính xác, dung sai của chúng và bạc dẫn hướng có thể quá lớn, do đó cần sử dụng bộ định vị Đối với sản phẩm lớn, việc sử dụng bộ định vị là bắt buộc Trong trường hợp này, khuôn phải chịu lực ép từ bên, đặc biệt khi khuôn chưa đầy, và các chốt dẫn hướng không thể chịu được lực ép này Một trong những giải pháp là cơ cấu định vị mặt côn.
Cấu trúc định vị chính xác cho mặt côn giữa các tấm khuôn là rất quan trọng, đặc biệt khi ứng dụng cho lòng khuôn rộng và sâu với sản phẩm có thành mỏng Để nâng cao tuổi thọ khuôn và tránh hiện tượng bịt trên mặt côn, cần tôi bề mặt ở khu vực tiếp xúc của mặt côn hoặc lắp vào khối lắp ghép đã được tôi bề mặt.
Hình 1.6.2.1 Cơ cấu định vị mặt côn
Cơ cấu mặt côn định vị chính xác trong khuôn ép nhựa thường được lắp xung quanh lòng khuôn Bạc định vị mặt côn chuẩn được thể hiện trong hình a và b, trong khi kết cấu như hình c cho phép lắp và tháo dễ dàng trên mặt đường phân khuôn, thuận tiện cho việc sửa chữa và bảo trì Cấu trúc này thường được sử dụng khi tấm khuôn cố định có độ dày lớn, và chốt định vị cho mặt côn thường được gắn trên tấm khuôn di động.
Hình 1.6.2.2 Cơ cấu định vị mặt côn chính xác
Cơ cấu định vị chính xác bằng mặt vát được ứng dụng trong nhiều trường hợp, với bề mặt vát cắt thẳng trên tấm khuôn Để nâng cao tuổi thọ và thuận lợi cho việc sửa chữa, có thể thêm khối chèn cho vị trí chính xác Đôi khi, những tấm chèn tôi cứng chống mài mòn cũng được lắp vào mặt xác định vị trí chính xác.
2 Nêm định vị mặt bên, 3 Tấm khuôn di động
2 Nêm hai mặt vát bên, 3 Tấm khuôn di động
Hình 1.6.2.3 Mặt vát đơn định vị chính xác
Hình 1.6.2.4 Mặt vát đôi định vị chính xác
Hình 1.6.2.5 Mặt vát định vị có tấm chống ăn mòn
1.6.3 Vị trí của chốt và bạc dẫn hướng
Việc lắp đặt chốt dẫn hướng trong khuôn là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và tránh hỏng hóc Thông thường, một khuôn có 4 chốt dẫn hướng, nhưng với khuôn đơn giản, chỉ cần 2 hoặc 3 chốt Việc lắp đặt sai chiều giữa hai phần khuôn có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho lòng khuôn và lõi Để ngăn chặn tình trạng này, nên sử dụng các chốt có đường kính khác nhau, trong đó ít nhất một chốt phải có đường kính hoặc lỗ xê dịch khác biệt so với các chốt còn lại Đây là tiêu chuẩn trong thiết kế hệ thống khuôn.
HỆ THỐNG THOÁT KHÍ
Trong quá trình đổ nhựa vào khuôn, không khí bên trong cần được đẩy ra nhanh chóng để đảm bảo chất lượng sản phẩm Hệ thống thoát khí được thiết kế để tạo nhiều con đường cho không khí bị mắc kẹt thoát ra dễ dàng, trong khi ngăn chặn nhựa nóng chảy đi qua Việc này giúp quá trình điền đầy khuôn diễn ra hiệu quả và giảm thiểu các khuyết tật trong sản phẩm cuối cùng.
Khi thiếu hệ thống thoát khí hoặc hệ thống thoát khí không được thiết kế hợp lý, sản phẩm có thể gặp phải nhiều khuyết tật nghiêm trọng như đường hàn không đều, vết cháy và các chi tiết không được điền đầy đủ.
Hệ thống thoát khí phổ biến nhất trong sản xuất nhựa bao gồm rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn và mặt mài quanh ti lói (ti đẩy) của sản phẩm Bên cạnh đó, khí trong khuôn cũng có thể được thoát ra ngoài qua đường nước làm nguội, các khe hở nhỏ của hệ thống trượt và phần ghép (cục cấy) Những khuyết tật trên sản phẩm nhựa có thể phát sinh từ sự không hiệu quả trong quá trình thoát khí này.
1 - Các đốm cháy (Burn Marks)
Hình 1.7.1.1 Các đốm cháy trên sản phẩm khi ép
Vận tốc và áp suất phun quá cao có thể gây ra tình trạng bọt khí không thoát ra kịp trong hệ thống kênh dẫn và lòng khuôn Do đó, việc bố trí hệ thống thoát khí một cách hợp lý là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
2 - Không điền đầy hoàn toàn (Short shot)
Tạo áp xuất ngược do không khí không thoát được ra ngoài
Hình 1.7.1.2 Sản phẩm không điền đầy
Khi nhựa gặp vật cản trên chi tiết, dòng chảy sẽ bị tách ra Sau đó, khi khí vượt qua vật cản, các dòng chảy sẽ kết hợp lại và tạo ra đường hàn.
Hình 1.7.1.3 Sản phẩm bị lỗi đường hàn
Có nhiều phương án thoát khí khác nhau có thể áp dụng, tùy thuộc vào kết cấu của lòng khuôn, vị trí cổng phun, khả năng gia công và áp suất phun.
- Một số phương án đang được sử dụng rộng rãi hiện nay gồm:
+ Thoát khí qua rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn
+ Thoát khí qua hệ thống đẩy trên khuôn
+ Thoát khí qua hệ thống hút chân không
+ Thoát khí qua hệ thống làm mát, insert, slide,…
1.7.3 Rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn
Rãnh thoát khí được lắp đặt ở mặt phân khuôn là lựa chọn tối ưu nhờ vào khả năng gia công và vệ sinh dễ dàng Những rãnh này đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối lòng khuôn với môi trường bên ngoài, giúp không khí thoát ra hiệu quả khỏi lòng khuôn.
- Cấu tạo của rãnh thoát khí thể hiện ở hình dưới, và được chia làm hai phần chính: rãnh dẫn và rãnh thoát
Hình 1.7.3.2 Kích thước hệ thống thoát khí trên mặt phân khuôn
Thoát khí thuận lợi Thoát khí kém
Hình 1.7.3.3 Thoát khí trên mặt phân khuôn a) Rãnh dẫn (vent land)
Nằm ở phần đầu của rãnh thoát khí Phải thiết kế sao cho không cho vật liệu chảy vào các lỗ thông hơi trong suốt quá trình điền đầy
Độ sâu của rãnh dẫn khí ở vị trí đầu thường nhỏ để ngăn chặn vật liệu chảy ra ngoài, và độ sâu này thay đổi tùy thuộc vào độ nhớt của từng loại nhựa Thông tin chi tiết có thể được tìm thấy trong bảng sau.
Loại nhựa Chiều sâu (mm)
PC (RIGID) 0.01524÷0.0254 PVC (FLEXIBLE) 0.0127÷0.01778 POLYETHYLENE 0.0127÷0.03048 PET, PBT, POLYESTERS 0.0127÷0.01778
Bảng 1.7.3.1 Chiều sâu vị trí đầu rãnh dẫn Độ rộng của rãnh không có giới hạn, nhưng trong thực tế nằm trong khoảng 3.175÷12.7 mm
Chiều dài rãnh (l): 0.762 mm ≤l≤3.175 mm
Khi thiết kế rãnh dẫn cần chú ý các điều sau:
+ Số rãnh tùy thuộc vào lưu lượng và tốc độ điền đầy
Để tăng cường khả năng thoát khí, có thể mở rộng hoặc thêm rãnh thoát khí Rãnh thoát (relief slot) giúp dẫn không khí ra ngoài, có chiều sâu và bề rộng lớn hơn so với rãnh dẫn, nhằm giảm áp suất và cho phép không khí thoát ra hoàn toàn Kích thước thường được khuyến nghị là 20 x d, trong đó d là chiều sâu của rãnh dẫn.
Nên đặt các thiết bị tại nhiều vị trí khác nhau dọc theo hệ thống kênh dẫn và đường bao chi tiết, đặc biệt là ở những khu vực được điền đầy cuối cùng, thường là những khu vực xa cổng vào nhựa Điều này là cần thiết vì khi điền đầy, không khí bị nén lại ở khu vực cuối, dẫn đến việc hình thành các bẫy khí, do đó việc bố trí thiết bị ở đây rất quan trọng.
Hình 1.7.3.5 Cách bố trí rãnh thoát khí
Bố trí rãnh thoát khí ở những nơi dễ tạo ra phế phẩm do không khí không thoát ra được, như: lỗ khí, vết cháy,
Hình 1.7.3.6 Cách bố trí rãnh thoát khí
Ngoài ra, một giải pháp khác đó là gia công kênh dẫn hình vành khuyên, không khí sẽ theo các lỗ khí chung quanh thoát ra
Hình 1.7.3.7 Thoát khí thông qua lỗ khí và kênh dẫn hình vành khuyên
2 - Số lượng rãnh thoát khí cần thiết
Số lượng rãnh thoát khí không thể quá nhiều và phụ thuộc vào chu vi của chi tiết Để đảm bảo khả năng thoát khí hiệu quả, tổng chu vi của các rãnh thoát khí cần đạt khoảng 30% chu vi của chi tiết.
Sử dụng rãnh thoát khí rộng 6.35 mm, bạn sẽ có tổng cộng 12 rãnh thông hơi Các rãnh này có thể được sắp xếp đều nhau, hoặc bắt đầu bằng cách đặt một rãnh ở mỗi góc, một rãnh đối diện cổng, và phân bổ các rãnh còn lại một cách đồng đều.
Hình 1.7.3.8 Cách bố trí rãnh thoát khí
1.7.4 Hệ thống thoát khí trên kênh dẫn
- Để tăng thêm khả năng thoát khí ra khỏi lòng khuôn nên bố trí thêm hệ thống thoát khí trên kênh dẫn
- Rãnh thoát khí sẽ được bố trí thành 1 vòng khép kín quanh chu vi của kênh dẫn và cũng được dẫn ra ngoài bởi các rãnh thoát
- Do trong kênh dẫn đã tồn tại không khí trước khi nhựa được dẫn vào
- Do đó khi nhựa được dẫn vào kênh dẫn sẽ dồn thêm không khí trong kênh dẫn vào trong lòng khuôn
Nhựa khi tiếp xúc với nhiệt độ và áp suất cao, kết hợp với các yếu tố nhiệt độ và áp suất sẵn có, sẽ tiếp tục tích tụ trong lòng khuôn Hiện tượng này có thể dẫn đến quá nhiệt, gây hư hỏng cho chi tiết sản phẩm.
- Vì vậy, thiết kế thêm hệ thống thoát khí trên kênh dẫn để thoát không khí ra ngoài hơn là đẩy thêm không khí vào lòng khuôn
Hình 1.7.4.1 Cách bố trí rãnh thoát khí ở kênh dẫn a)Ưu điểm:
- Dễ gia công và vệ sinh
- Có thể bố trí ở bất kỳ vị trí nào trên mặt phân khuôn b)Nhược điểm
- Phải thiết kế rãnh thoát khí sao cho không khí thoát ra ngoài nhưng nhựa không chảy ra khỏi lòng khuôn
- Phụ thuộc vào tốc độ và lưu lượng dòng chảy khi bố trí hệ thống thoát khí
- Không bố trí được hệ thống thoát khí trên chi tiết quá mỏng, có gân (rib), rãnh cụt (blind holes)
1.7.5 Thoát khí qua hệ thống đẩy trong khuôn
Hệ thống đẩy trên khuôn được thiết kế với các ty đẩy có rãnh xoắn, giúp không khí trong khuôn thoát ra ngoài qua những rãnh này.
Hình 1.7.5.1 Cách bố trí rãnh thoát khí trên ty đẩy
Mặt mài trên ti lói (ejector pin) đóng vai trò quan trọng trong quá trình lắp ráp, vì độ hở giữa trục và lỗ ảnh hưởng đến khả năng trượt của hệ thống đẩy Khi lắp ráp có độ hở, không khí có thể thoát ra ngoài, giúp loại bỏ các bẫy khí hiệu quả Điều này đảm bảo rằng chi tiết được đẩy ra ngoài một cách trơn tru và không gặp trở ngại.
Hình 1.7.5.2 Cách bố trí rãnh thoát khí trên ty đẩy
HỆ THỐNG THÁO UNDERCUT
Undercut là đặc điểm hình dạng sản phẩm bị vướng, ngăn không cho lấy sản phẩm theo hướng mở khuôn Phân loại có undercut mặt ngoài và mặt trong
Undercut thành bên Undercut dạng tròn xoay
Hình 1.8.1.1 Hình dạng sản phẩm có undercut
Một số undercut điển hình:
- Ren trong hoặc ren ngoài
- Rãnh trên bề mặt trong của vật thể
Hình 1.8.1.2 Một số undercut điển hình
Hình 1.8.1.3 Khuôn ở trạng thái đóng
Hình 1.8.1.4 Khuôn ở trạng thái mở
Các bề mặt có undercut trên sản phẩm được phân tách thành các bề mặt lõi riêng biệt và được rút theo hướng khác với hướng mở khuôn, nhằm giải phóng sản phẩm một cách hiệu quả.
Hệ thống tháo undercut chiếm khoảng 15-30% giá thành bộ khuôn và làm tăng chi phí sản phẩm ép nhựa Đối với các undercut nhỏ và vật liệu dẻo, phương pháp đẩy cưỡng bức thường được sử dụng để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn mà không cần hệ thống lõi mặt bên.
Hình 1.8.1.5 Đẩy cưỡng bức bằng tấm tháo
1.8.2 Undercut mặt ngoài a) Tổng quát
Hệ thống trượt (slides) thường được sử dụng để tháo undercut phía ngoài Chuyển động trượt được tác động bởi cơ cấu cơ khí
Hình 1.8.2.1 Tháo undercut mặt ngoài sử dụng lõi trượt
Một hệ thống trượt cơ bản gồm các thành phần sau:
Chốt xiên có chức năng điều khiển sự di chuyển của khối trượt, với góc nghiêng thường nằm trong khoảng 5 đến 28 độ so với phương thẳng đứng Độ lớn của góc nghiêng và chiều dài của chốt sẽ quyết định hành trình trượt của lõi mặt bên.
- Lõi trượt: là một phần của khuôn tạo hình chi tiết, thường trượt trên tấm chống mòn và được giữ trong hệ thống ray dẫn hướng
- Ray dẫn: giữ lõi trượt, đảm bảo cho lõi trượt chuyển động chính xác và nhẹ nhàng không có bất kì sự xê dịch nào
- Tấm chống mòn: tạo bề mặt cho lõi trượt di chuyển, chống mài mòn trong suốt vòng đời của bộ khuôn
(b) Khuôn mở, con trượt kéo ngang dọc theo chốt xiên
- Cơ cấu giữ: giữ lõi trượt tại thời điểm khuôn mở hoàn toàn
Khối nêm là một thành phần quan trọng trong quá trình phun ép, giữ vai trò khóa lõi trượt đứng yên Trong suốt quá trình này, nêm chịu toàn bộ lực ép, trong khi chốt xiên không tiếp xúc với lõi trượt, đảm bảo hoạt động hiệu quả và chính xác.
Hình 1.8.2.2 Các thành phần cơ bản của một hệ thống lõi trượt
Hình 1.8.2.3 Các thông số cơ bản của lõi trượt
- α: góc nghiêng của khối khóa
- β: góc nghiêng của chốt xiên
S1 = S + 5mm α = β + (2÷5°) Khe hở giữa lỗ và chốt xiên thường: 0.5 mm b) Thiết kế
Chốt xiên có hình dạng đặc trưng và thường được sản xuất từ thép C45 với độ cứng đạt 35HRC sau khi tôi Ngoài ra, vật liệu T8 và T10 cũng được sử dụng, với độ cứng sau khi tôi vượt quá 55HRC Việc lắp ghép giữa chốt xiên và tấm giữ được thực hiện chặt chẽ theo tiêu chuẩn H7/m6.
Hình 1.8.2.4 Hình dạng của chốt xiên
Có hai loại con trượt: loại liền một khối và loại kết hợp Loại kết hợp có lõi được lắp ghép trên con trượt, giúp tiết kiệm vật liệu và dễ chế tạo.
Hình 1.8.2.5 Lõi ghép và con trượt
Có nhiều loại ray dẫn, trong đó hình (c) và (e) là hai loại phổ biến nhất Ray dẫn thường sử dụng mối lắp H8/g7, và chiều dài của ray dẫn cần phải lớn hơn 1.5 lần chiều dài của con trượt.
Hình 1.8.2.6 Ray dẫn của con trượt
Hình 1.8.2.7 Hình dạng cơ cấu định vị
Hình 1.8.2.8 Hình dạng của khối nêm
Hình 1.8.2.9 Góc nghiêng của khối nêm c) Tính toán
Trong quá trình phun ép và làm nguội, sản phẩm nhựa bao quanh lõi sẽ có hiện tượng co lại về thể tích Để tháo sản phẩm ra, cần phải vượt qua lực co rút và lực ma sát.
Công thức tính lực kéo:
F = pAcos(f – tanα) / (1 + f sinα1 cosα1) Trong đó:
- p: ứng xuất co rút của sản phẩm nhựa Sản phẩm nhựa được làm nguội trong khuôn 19,6 MPa và được làm nguội ngoài khuôn 39.2 MPa
- A: diện tích mặt của lõi bao bởi sản phẩm nhựa (m 2 )
- F: lực kéo (N) Lực uốn của chốt xiên: Fb = F / cos α (Trong đó: α là góc nghiêng của chốt xiên)
Kéo lõi ra khỏi khuôn đến vị trí không còn chịu lực đẩy được gọi là khoảng cách trượt Khoảng cách này thường được tính bằng chiều sâu của lỗ cộng với khoảng cách an toàn, thường dao động từ 2 đến 3 mm.
Công thức: S = H tan α + (2 ÷3) Trong đó:
- H: là hành trình mở khuôn được yêu cầu bởi chốt xiên để hoàn thành khoảng cách trượt (mm)
- A: góc nghiêng của chốt xiên
Góc nghiêng của chốt xiên α ảnh hưởng đến lực uốn và lực kéo của chốt, đồng thời liên quan đến chiều dài làm việc, khoảng cách trượt và hành trình mở khuôn Thông thường, góc α được chọn trong khoảng từ 12 đến 25°.
4 - Đường kính của chốt xiên
Công thức tính đường kính chốt xiên có thể suy ra từ vật liệu cơ khí: d = (Fb × L / 0.1 [σb] cos α)1/3 Trong đó:
- α: góc nghiêng của chốt xiên
- Fb: lực uốn của chốt xiên (N)
- [σb]: ứng xuất uốn cho phép, thường là 140 Mpa cho thép cacbon
5 - Tính toán chiều dài của chốt xiên
Chiều dài làm việc của chốt xiên L phụ thuộc vào hành trình rút lõi S, góc nghiêng α của chốt xiên, và góc nghiêng β do trượt và đường phân khuôn tạo ra, trong đó β thường có giá trị bằng 0.
Các tính toán liên quan đến thông số chốt xiên chủ yếu dựa vào mối quan hệ giữa góc nghiêng và hành trình rút lõi, cũng như chiều dài chốt xiên và hành trình mở khuôn Ngoài ra, các thông số khác như lực rút và đường kính của chốt xiên thường được xác định dựa trên kinh nghiệm thực tiễn.
Hình 1.8.2.10 Chiều dài của chốt xiên
1.8.3 Undercut mặt trong a) Giới thiệu: Chốt xiên (lifter) thường được dùng để tháo undercut phía trong Khi tấm đẩy tiến về phía trước, lõi tháo lỏng di chuyển theo hướng đẩy chi tiết để tháo phần undercut
Hình 1.8.3.1 Tháo undercut mặt trong sử dụng chốt đẩy xiên
Một hệ thống chốt đẩy xiên cơ bản gồm các thành phần sau:
Có nhiều loại chốt đẩy xiên từ các nhà sản xuất, trong đó chốt đẩy xiên đơn được sử dụng phổ biến Để đảm bảo hiệu quả, góc của chốt đẩy xiên không nên vượt quá 28°, vì điều này sẽ làm giảm sức mạnh đẩy Ngược lại, nếu góc quá nhỏ (1÷5°), sẽ hạn chế hành trình tháo undercut.
Hình 1.8.3.2 Các thành phần cơ bản của một hệ thống chốt đẩy xiên
(c) Chi tiết được tháo nhờ chốt xiên
Hình 1.8.3.3 Trạng thái làm việc của lifter khi đóng và mở khuôn
Hình 1.8.3.4 Các thông số cơ bản của chốt xiên
- α: góc nghiêng của chốt xiên
Ví dụ: nếu hành trình H = 150 mm, B = 8.1mm
Góc nghiêng của α= tan -1 (A / h) = tan -1 (13.1 / 150 ) = tan -1 (0.0873) = 5° b) Thiết kế lõi trượt của chốt xiên
Mặt lõm cạn của sản phẩm nhựa yêu cầu khoảng cách lõi rút nhỏ, trong khi diện tích mặt lõm lớn cần lõi rút lớn hơn Do đó, cơ cấu chốt xiên được tích hợp vào mặt bên sản phẩm và lõi rút Lực đẩy của chốt điều khiển chuyển động trượt nghiêng của chốt xiên, giúp hoàn thành mặt nghiêng của sản phẩm và lõi rút thông qua lực đẩy và tấm tháo sản phẩm.
Những chú ý chính khi thiết kế:
MỘT SỐ LOẠI KHUÔN
Khuôn 2 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa bên hông sản phẩm và khi mở khuôn thì chỉ có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa Đối với khuôn 2 tấm thì có thể thiết kế cổng vào nhựa sao cho sản phẩm và kênh dẫn nhựa tự động tách rời hoặc không tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa (xương keo) được lấy ra khỏi khuôn
Phương pháp khuôn hai tấm là một kỹ thuật phổ biến trong hệ thống khuôn ép phun, bao gồm khuôn trước (khuôn âm) và khuôn sau (khuôn dương) Kết cấu của khuôn này đơn giản và dễ chế tạo, tuy nhiên, nó thường chỉ được sử dụng cho những sản phẩm có cổng vào nhựa dễ bố trí.
Khuôn hai tấm có một lòng khuôn Khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn
Khuôn hai tấm có lõi lắp ghép Khuôn hai tấm có lõi ghép bên trong lõi ghép
Hình 1.9.1.1 Kết cấu khuôn 2 tấm
Khuôn 3 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn được bố trí trên 2 mặt phẳng và khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm ra và khoảng mở kia để lấy kênh nhựa Do đó, nếu lấy sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn dùng hệ thống đẩy thì phải bố trí 2 hệ thống nên kết cấu khuôn sẽ phức tạp và lớn hơn khuôn 2 tấm Đối với khuôn 3 tấm thì sản phẩm và kênh dẫn nhựa luôn tự động tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa được lấy ra khỏi khuôn Đối với sản phẩm loại lớn cần nhiều miệng phun hoặc khuôn nhiều lòng khuôn cần nhiều miệng phun thì có thể dùng khuôn ba tấm
Hệ thống khuôn 3 tấm có nhược điểm là khoảng cách giữa vòi phun và lòng khuôn dài, dẫn đến giảm áp lực phun nhựa Để khắc phục tình trạng này, việc sử dụng hệ thống kênh dẫn nhựa nóng là một giải pháp hiệu quả.
Hình 1.9.2.1 Kết cấu khuôn 3 tấm
Khuôn nhiều tầng là loại khuôn ép phun được tạo thành từ hai hoặc nhiều bộ khuôn ghép lại, nhằm tăng năng suất sản xuất bằng cách tăng số lượng sản phẩm trong mỗi chu kỳ.
Khuôn nhiều tầng là loại khuôn ép phun sử dụng hệ thống kênh dẫn nóng hoặc nguội Hiện nay, khuôn nhiều tầng với kênh dẫn nóng được ưa chuộng hơn, bởi kênh dẫn nguội có chiều dài quá dài, gây khó khăn trong việc kiểm soát nhiệt độ và áp suất.
Khi yêu cầu số lượng sản phẩm lớn thì dùng khuôn nhiều tầng Hệ thống khuôn này có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn
Hệ thống rãnh xoắn để mở 2 tầng cùng lúc
Hình 1.9.3.2 Khuôn nhiều tầng dùng kênh dẫn nóng
Khuôn 2 tầng này sử dụng hệ thống Hot runner để dẫn nhựa, nhựa được bơm vào tấm khuôn trung tâm, rồi từ đó, nhựa chảy theo các đường dẫn đi đến các lòng khuôn
Trong khuôn nhiều tầng, cách nhiệt giữa các tấm khuôn là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất sản xuất Tấm dẫn nhựa nóng và tấm khuôn không được tiếp xúc trực tiếp nhằm tránh làm nguội keo nóng và giữ nhiệt độ sản phẩm thấp Hệ thống Hot Runner yêu cầu tấm sản phẩm có nhiệt độ thấp để làm nguội nhựa nhanh chóng, từ đó tối ưu hóa chu kỳ sản xuất và nâng cao năng suất Để đảm bảo các tầng đóng và mở đồng thời, cần sử dụng các cơ cấu phù hợp.
Hình 1.9.3.3 Khuôn nhiều tầng dùng cơ cấu đòn bẩy
Cơ cấu thanh răng - bánh răng:
Hình 1.9.3.4 Khuôn nhiều tầng dùng cơ cấu thanh răng - bánh răng
1.9.4 Khuôn cho sản phẩm nhiều màu
Hình 1.9.4.1 Kết cấu cơ bản khuôn nhiều màu
Khuôn nhiều màu có cấu trúc cơ bản bao gồm các cụm chi tiết tương tự như khuôn cơ bản Điểm nổi bật nhất của khuôn này là sự hiện diện của nhiều cổng phun, cho phép sản phẩm được tạo ra với nhiều màu sắc đa dạng.
Khác với khuôn 2 tấm và khuôn 3 tấm, khuôn nhiều màu không chỉ có chuyển động mở cơ bản mà còn bao gồm chuyển động quay và tịnh tiến theo phương vuông góc với phương mở khuôn.
Khuôn nhiều màu được sử dụng để sản xuất các sản phẩm đa dạng về màu sắc, có thể mang tính bản quyền hoặc thay thế cho các sản phẩm cần kết hợp từ nhiều loại vật liệu khác nhau.