Chương 1: Tổng quan đề tài. Chương 2: Cơ sở lí thuyết. Chương 3: Thiết kế khuôn. Chương 4: Quá trình chế tạo và lắp ráp.
Chương 5: Thực nghiệm, kết luận và hướng phát triển. 9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Tổng quan vật liệu chất dẻo polymer.1 Khái niệm Nhựa (Plastic) là một dạng polime tổng hợp (a synthetic polymer) có trọng lượng phân tử cao, được hình thành từ các thành phần như: carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), chlorine (Cl) và sulfur (S). Carbon là thành phần chính trong hầu hết các loại nhựa, trừ trường hợp nhựa silicone có thành phần chính là silicon (Si). 1 Một số loại nhựa và thành phần hóa học của chúng 2.
Có nhiều cách phân loại nhựa dưới đây sẽ chỉ ra cách phân loại nhựa thường gặp. - Theo cấu trình hình học: + Gồm 2 nhóm: 1. Nhựa vô định hình (amorphous polymer). VD: PMMA, PS, PC, PVC, ABS, PEI… 2.
Nhựa bán tính thể (Semi-crystalline polymer) VD: PE, PP, PBT, PET, PEEK,… 10 Hình 2. 2 Hình ảnh về cấu trúc hình học trong nhựa. [1] + Đặc điểm: Nhựa có cấu trúc vô định hình thường có độ trong suốt cao hơn nhựa có cấu trúc bán tinh thể Độ co rút của nhựa bán tính thể cao hơn nhựa vô định hình. - Theo cấu trúc mạch: Mạch thẳng (linear), mạch nhánh (branched), và mạch lưới (cross- linked).
Dựa vào cấu trúc mạch ta chia ra 2 loại cơ bản. 3 Hình ảnh về cấu trúc mạch của nhựa. Bao gồm mạch thẳng, mạch nhánh và mạch lưới (từ trái sang phải). + Gồm 2 loại chính: 1.
Nhựa nhiệt dẻo có cấu trúc dạng mạch thẳng và mạch nhánh. Nhựa nhiệt rắn có cấu trúc dạng mạch lưới. + Đặc điểm: NHỰA NHIỆT DẺO NHỰA NHIỆT RẮN - Thường được tổng hợp bằng phản ứng trùng - Thường được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp. - Mềm khi nung nóng và cứng khi làm nguội.
- Không mềm khi nung nóng. - Thường mềm và ít giòn. - Thường cứng và giòn. - Không thể tái chế.
=> Dùng phổ biến trong công nghệ phun ép 2. Một số tính chất cơ học quan trọng của vật liệu nhựa: Độ dai va đập, module đàn hồi, hệ số co rút, … - Độ dai va đập: Hiện trạng chống tải trọng động của chất dẻo thường có thể bị phân tích bằng kết quả kiểm tra độ dai va đập. Thực hiện trên thiết bị Charpy – dùng con lắc dao động để phá vỡ mẫu thử kẹp chặt hai đầu, xác định công va đập riêng trên 1 đơn vị diện tích mẫu thử (kJ/m2). 12 - Tỷ trọng của nhựa: Tỉ trọng thể hiện một phần tích chất của nguyên liệu nhựa.
VD tỉ trọng tăng thì suy ra lực kép đứt, nhiệt độ biến mềm, độ kháng hoá chất tăng, ngược lại lực va đập và độ nhớt giảm. Tỷ trọng phụ thuộc vào độ kết tính nghĩa là độ kết tinh cao thì tỷ trọng cao. 1 Tỷ trọng một số nguyên liệu nhựa thông dụng Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3) Loại nhựa Tỷ trọng (g/cm3) PELD 0.2 - Tỉ số nóng chảy: Chỉ số thể hiện tính chảy hay khả năng chảy của vật liệu. Chỉ số nóng chảy càng lớn thể hiện tính lưu động của nhựa càng cao và càng dễ gia công.
Chỉ số chảy cao: Trọng lượng phân tử thấp, dễ chảy. Dùng nhiệt độ, áp suất gia công thấp. Chu kỳ sản xuất ngắn. Dễ gia công và sản phẩm đạt chất lượng lớn.
Chỉ số chảy thấp: Vật liệu khó chảy, sản phẩm dễ bị khuyết tật. Làm tăng thời gian điền đầy khuôn. Làm tăng thời gian duy trì áp. Áp suất cần thiết đề điền đầy khuôn phải cao.
Đòi hỏi nhiệt độ gia công cao - Độ co rút nhựa: Tỉ lệ % chênh lệch kích thước của sản phẩm sau khi đã lấy khỏi khuôn được định hình và ổn định kích thước so với khích thước của khuôn.2 Cơ sở lí thuyết về phun ép nhựa. Cấu tạo của máy ép phun bao gồm những hệ thống như trong hình vẽ: Hình 2. 4: Máy phun ép nhựa [2] 2.1 Hệ thống kẹp (Clamping unit). Hệ thống có nhiệm vụ đóng/mở khuôn, dịch chuyển những phẩn tử trong khuôn như ty đẩy và kẹp chặt khuôn trong quá trình phun ép nhựa.
Chuyển động trong hệ thống này là chuyển động tịnh tiến. Các dạng kẹp thường gặp trong hệ thống kẹp khuôn: - Kẹp cơ khí. - Kẹp thủy lực. - Kẹp kết hợp cơ khí thủy lực.2 Hệ thống khuôn (Mold unit).
Hệ thống bao gồm 2 thành phần chính là phần cố định và phần di động. Trong đó phần di động thường mang theo phần lõi khuôn và phần cố định thường mang theo phần lòng khuôn.3 Hệ thống phun (Plastification unit). Hệ thống bao gồm 3 bộ phần chính: Phễu cấp liệu, xi lanh nhiệt, đầu trục vít và đầu phun. 14 - Phễu cấp liệu: Nhựa sẽ được cấp vào trong phễu dưới dạng những viên nhỏ.
Phễu có nhiệm vụ chứa những viên nhựa này và điều hướng chúng vào trong xi lanh nhiệt. - Xi lanh nhiệt: Có nhiệm vụ gia nhiệt cho các hạt nhựa bởi các dây điện trở. - Trục vít: Có nhiệm vụ đẩy nhựa vào khuôn gồm 3 giai đoạn: 1. Đoạn nhập liệu: Ở gần phễu cấp liệu dùng để hứng hạt nhựa và đẩy chúng về phía trước.
Ở cuối đoạn nhựa bắt đầu mềm và nóng chảy 2. Đoạn nén ép: Ở giữa vít, dùng để nén ép nhựa lỏng. Đoạn định lượng: Trộn và đồng nhất nhiên liệu trước khi vào khuôn. 5 Giai đoạn trục vít 15 - Đầu phun: Bộ phận ở vị trí giữa đầu xi lanh và cuống phun.
Đầu phun được bo tròn ở đầu đề phù hợp với bạc cuống phun của khuôn thích hợp cho việc chảy nhựa vào khuôn. Bán kính đầu phun nên nhỏ lỗ cuống phun của khuôn như hình. 6 Cách để đầu phun và cuống phun hợp lí [3] 2.4 Hệ thống thủy lực (injection unit). Làm nhiệm vụ tạo năng lượng để đóng/mở khuôn, giữ tải kẹp khuôn, lam quay trục vít và tạo lực đẩy cho chốt đẩy của khuôn.
Hệ thống bao gồm bơm, van, động cơ thủy lực, hệ thống ống dẫn và hệ thống chứa.5 Hệ thống điều khiển (driving unit) Dùng để điều khiển những thông số liên quan trong quá trình ép nhựa như áp suất, tốc độ, vị trí đóng mở khuôn, nhiệt độ,… Thông số điều khiển rất quan trọng ảnh hưởng đến sản phẩm và quá trình ép.3 Tổng quan về khuôn ép phun sản phẩm nhựa. - Khuôn là một dụng cụ để định hình cho một sản phẩm nhựa. Kích thước và kết cấu khuôn phụ thuộc vào kích thước và hình dáng của sản phẩm. [3] - Khuôn là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, ở đó nhựa được phun vào, được làm nguội và đẩy ra sản phẩm.
16 - Sản phẩm được tạo thành giữa hai phần của lòng khuôn. Khoảng trống giữa hai phần khuôn được điền đầy bởi nhựa và nó sẽ mang hình dạng của sản phẩm. Một phần lõm vào xác định hình dạng của sản phẩm gọi là lòng khuôn, còn phần lồi ra xác định hình dạng bên trong của sản phẩm gọi là lõi khuôn.2 Phân loại các loại khuôn ép sản phẩm nhựa. - Phân loại theo số tầng lòng khuôn + Khuôn 1 tầng.
+ Khuôn nhiều tầng. 7 Khuôn 1 tầng và khuôn nhiều tầng - Phân loại theo loại kênh dẫn. + Khuôn kênh dẫn nguội. 8 Khuôn kênh dẫn nguội + Khuôn kênh dẫn nóng.
9 Khuôn kênh dẫn nóng - Phân loại theo bố trí kênh dẫn. 10 Khuôn 2 tấm [4] + Khuôn 3 tấm. 11 Khuôn 3 tấm - Phân loại theo số màu của sản phẩm mà khuôn tạo ra. + Khuôn cho sản phẩm 1 màu.
+ Khuôn cho sản phẩm nhiều màu. - Phân loại theo lực kẹp khuôn. 2 Bảng phân loại theo lực kẹp khuôn Lực kẹp khuôn Kích thước tương đối 25 – 100 tấn Nhỏ 100 – 500 tấn Vứa 500 – 1000 tấn Lớn trên 1000 tấn Rất lớn 20 2.3 Các loại khuôn ép nhựa cơ bản và kết cấu. Khuôn 2 tấm: Khuôn hai tấm là loại khuôn phổ biến nhất.
so với khuôn ba tấm thì khuôn hai tấm đơn giản hơn, rẻ hơn và số chu kỳ ép phun ngắn hơn. [3] - Đối với khuôn hai tấm có một lòng khuôn thì không cần đến kênh dẫn nhựa mà nhựa sẽ điền đầy trực tiếp vào lòng khuôn thông qua bạc cuốn phun. - Đối với khuôn hai tấm có nhiềulòng khuôn thì ta cần quan tâm đến việc thiết kế kênh dẫn và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy các lòng khuôn cùng một lúc. Trước khi bắt đầu thiết kế khuôn loại này ta nên dùng một mẫu để phân tích thử trên phần mềm để tìm ra vị trí đặt miệng phun thích hợp nhất.
Vì vấn đề cân bằng dòng và đòi hỏi các miệng phun phải được bố trí thẳng hàng với các lòng khuôn mà việc thiết kế khuôn hai tấm có nhiều long khuôn gặp nhiều hạn chế đối với mộ số sản phẩm nhựa nhất định. Do đó để khắc phục nhược điểm này người ta dùng đến khuôn ba tấm hoặc khuôn có kênh dẫn nóng. Tấm kẹp âm 13. Chốt dẫn hướng lói 2.
Vòng định vị 14. Bạc cuống phun 15. Tấm khuôn âm 16. Chốt dẫn hướng 18.
Tấm khuôn dương 19. Tấm kẹp dương 21. Bạc dẫn hướng lói Hình 2. 12: Kết cấu khuôn 2 tấm [5].
Khuôn dẫn nóng: Khuôn dùng kênh dẫn nóng luôn giữ cho nhựa nóng chảy trong bạc cuống phun, kênh dẫn và miệng phun nhựa chỉ đông đặc khi nó chảy vào lòng khuôn. Khi khuôn mở ra thì chỉ có sản phẩm được lấy ra ngoài. Khi khuôn đóng lại thì nhựa trong các kênh dẫn vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lòng khuôn một cách trực tiếp. Đối với khuôn loại này, các miệng phun phải được đặt ở vị trí trung tâm của các lòng khuôn.
Điều này có nghĩa là các kênh dẫn phải được đặt xa mặt phân khuôn. Nhưng điều này không gây bất kỳ trở ngại nào cho việc thiết kế. Loại khuôn này cũng phù hợp với khuôn có nhiều lòng khuôn với kích thước nhỏ hay những khuôn mà hệ thống kênh dẫn phức tạp và phí nhiều vật liệu. Socket Head Cap 3.
bolt Manifold Plate Boilt 4. Bolt cavity plate 5. Clamping Plate 7 Manifold plate 8. Dowel Pin 14 Socket Head Cap 15.
Lock pin Boilt 16. Seal Ring 18 Nozzle Thermocouple Thermocouple 19. Nozzle Union/Gate 23. Connector Bush Connector box Hình 2.
13 Kết cấu khuôn dẫn nóng Khuôn 3 tấm: So với khuôn hai tấm thì hệ thống kênh dẫn của khuôn ba tấm được đặt trên tấm thứ hai song song với mặt phân khuôn chính. Chính nhờ tấm thứ hai này kênh dẫn và cuống phun có thể được rời ra khỏi sản phẩm khi khuôn mở.
