Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Mô phỏng phân bố nhiệt độ trong tấm khuôn dương với hệ thống Baffle. Chương 4: Thí nghiệm quá trình giải nhiệt tấm khuôn dương với hệ thống Baffle.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. 5 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về khuôn ép nhựa [7,8] 2. Khái niệm chung về khuôn Khuôn là cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau để tạo thành một bộ khuôn hoàn chỉnh.
Sản phẩm được tạo hình giữa 2 phần khuôn, khoảng trống giữa 2 phần đó là hình dạng của sản phẩm cần tạo. Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình. Khuôn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần cũng có thể là nhiều lần. Khuôn bao gồm hai chính: - Phần cavity (khuôn cái, khuôn cố định): được gá lên tấm cố định của máy ép nhựa.
- Phần core (khuôn đực, khuôn di động): được gá lên tấm di động của máy ép nhựa. Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng. Kết cấu chung 1 bộ khuôn Ngoài core và cavity thì trong khuôn còn rất nhiều bộ phận khác. Các bộ phận này lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn 6 Hình 2.
Kết cấu của bộ khuôn. Chức năng của các yếu tố cơ bản: 1. Vít lục giác: liên kết các tấm khuôn và tạo tính thẩm mỹ. Vòng định vị: định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun.
Bạc cuống phun: dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa. Khuôn cái: tạo hình cho sản phẩm. Bạc định vị: đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái. Tấm kẹp trước: giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép nhựa.
Vỏ khuôn cái và khuôn đực: khuôn đực thường được dùng làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với khuôn cái nên giúp giảm giá thành khuôn nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế của khuôn. Chốt hồi: hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi đóng khuôn. Khuôn đực: tạo hình cho sản phẩm. Chốt định vị: chui vào bạc định vị khi khuôn đóng, giúp khuôn đực và khuôn cái liên kết một cách chính xác.
12 Tấm đỡ: tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun. 13 Gối đỡ: tạo khoảng trống để tấm đẩy hoạt động. 14 Tấm giữ: giữ các chốt đẩy. 15 Tấm đẩy: đẩy các chốt đẩy để lói sản phẩm ra khỏi khuôn.
16 Tấm kẹp sau: giữ chặt phần di động của trên máy ép nhựa. 17 Gối đỡ phụ: tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun. Phân loại khuôn ép phun 2. Khuôn 2 tấm Khái niệm Khuôn 2 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa nằm ngang mặt sản phẩm và khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa.
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. Khuôn 2 tấm được sử dụng rất thông dụng trong hệ thống khuôn ép phun. Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo nhưng chỉ sử dụng khuôn 2 tấm cho những sản phẩm dễ bố trí cổng vào nhựa. Cấu tạo khuôn 2 tấm Ưu điểm - Khuôn 2 tấm tiết kiệm vật liệu hơn,do kênh dẫn nhựa ở bên hông.
- So với khuôn 3 tấm thì khuôn 2 tấm đơn giản hơn do không cần có tấm giựt cuống keo như khuôn 3 tấm, rẻ hơn, chu kỳ ép ngắn hơn. - Thời gian để gia công và chế tạo khuôn cũng ngắn hơn. - Giá thành thấp hơn khuôn 3 tấm hay khuôn nhiều tầng. 8 Nhược điểm Khuôn 2 tấm chỉ sử dụng được cho các chi tiết đòi hỏi có độ chính xác thấp hơn so với các loại khuôn nhiều.
Phải tốn nhiều nhiên liệu hơn so với kênh dẫn nóng vì phần xương keo không được sử dụng cho lần phun tiếp theo như trong kênh dẫn nóng. Ứng dụng Ứng dụng với những sản phẩm có vòng đời ngắn như những mặt hàng điện tử dân dụng( thời gian sử dụng trong vài tháng). Sử dụng thích hợp cho các sản phẩm đòi hỏi ít miệng phun. Ứng dụng khuôn 2 tấm rẻ tiền để làm các sản phẩm dân dụng các đồ dùng cá nhân, các sản phẩm phục vụ cho gia đình không đòi hỏi độ chính xác cao và rẻ tiền.
Khuôn 3 tấm Khái niệm Khuôn 3 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn được bố trí trên 2 mặt phẳng, khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm và một khoảng mở khác để lấy kênh dẫn nhựa. Sản phẩm và kênh dẫn luôn tự động tách rời nhau khi sản phẩm và kênh dẫn được lấy ra khỏi khuôn. Đối với sản phẩm loại lớn cần nhiều miệng phun hoặc khuôn nhiều lòng, cần nhiều miệng phun thì có thể sử dụng khuôn 3 tấm. 9 Khuôn 3 tấm ở giai đoạn thứ nhất Khuôn 3 tấm ở giai đoạn thứ hai Hình 2.
Khuôn 3 tấm 2 lòng khuôn ở quy trình mở khuôn Ưu điểm - Giá thành thấp hơn so với khuôn kênh dẫn nóng. - Ít bị hỏng hóc hơn khuôn có kênh dẫn nóng. - Có thể phù hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém. - Năng suất cao do hệ thống dẫn nhựa tự động tách ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn.
- Cho khả năng phân phối nhựa tốt hơn và đồng đều hơn do các nhánh kênh dẫn được bố trí cách đều nhau. Nhược điểm - Chu kỳ ép phun tăng và cần áp suất phun lớn để điền đầy do hành trình của của dòng nhựa để đến được lòng khuôn dài. - Lãng phí nhiều vật liệu do có thêm tấm stripper plate chứa hệ thống kênh dẫn. Ứng dụng - Khuôn có nhiều lòng khuôn.
- Khuôn có một lòng khuôn nhưng phức tạp nên cần hơn một vị trí phun nhựa. - Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác. 10 - Vì phải cân bằng dòng nhựa giữa các kênh dẫn khác với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn. Khuôn nhiều tầng Khái niệm Khuôn nhiều tầng là khuôn ép phun do 2 hay nhiều bộ khuôn ghép lại với nhau, để tăng năng suất (tăng số lượng sản phẩm trong 1 chu kỳ ép) [1].
Khuôn nhiều tầng có thể dùng hệ thống kênh dẫn nguội hoặc kênh dẫn nóng. Hiện nay, khuôn nhiều tầng dùng kênh dẫn nóng được sử dụng rộng rãi hơn do chiều dài kênh dẫn trên khuôn nhiều tầng quá dài, khó đảm bảo nhiệt độ và áp suất nếu dùng kênh dẫn nguội. Ưu điểm Do 2 hay nhiều khuôn ghép lại nên năng suất cao. Thu hồi vốn nhanh.
Giảm số lượng máy, diện tích nhà xưởng. Nhược điểm Giá thành cao do kết cấu khuôn phức tạp. Sử dụng máy ép chuyên dụng, cần lực ép lớn. Hao tốn vật liệu do kênh dẫn dài.
Áp suất cao để điền đầy khuôn do kênh dẫn dài. Ứng dụng Khuôn có nhiều lòng khuôn. Khuôn có một lòng khuôn nhưng phức tạp nên cần hơn một vị trí phun nhựa. Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác.
Vì phải cân bằng dòng nhựa giữa các kênh dẫn khác với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn.2 Hệ thống nhiệt trong khuôn ép phun[7,8] Hệ thống nhiệt là một chu trình kín. Chất lỏng làm nguội từ bồn chứa được đưa đến máy gia nhiệt để đạt được nhiệt độ yêu cầu, sau đó được bơm đưa vào bộ phận phân phối để đưa vào các kênh dẫn. Trong kênh dẫn, nhờ vận tốc do bơm tạo ra, chất lỏng làm nguội tuần hoàn xung quanh lòng khuôn làm nhiệm vụ hấp thụ nhiệt do khuôn tỏa ra. Sau đó, chất lỏng làm nguội được tập hợp lại trong bộ góp.
Cuối cùng được đưa trở về bồn chứa chuẩn bị cho chu trình tiếp theo. Hệ thống làm nguội có vai trò rất quan trọng trong khuôn ép phun. Chúng là cách thức duy nhất làm cho các sản phẩm nhựa được làm nguội và đông đặc lại nhằm tránh sự biến dạng kéo dài trong suốt quá trình ép phun. Quy trình làm nguội trong một chu kỳ ép phun là giai đoạn đặc biệt quan trọng để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm.Bởi vì giai đoạn làm nguội có thể chiếm đến 80% thời gian 1 chu kỳ ép phun và thường chiếm chi phí đắt nhất.
Cho nên thiết kế hợp lý hệ thống làm nguội sẽ đáp ứng được thời gian làm nguội theo yêu cầu kỹ thuật và tăng năng suất gia công chế tạo sản phẩm do rút ngắn được thời gian chu kỳ.Thời gian làm nguội chiếm phần lớn thời gian chu kỳ Mặt khác, các khuyết tật không mong muốn chẳng hạn như vết lõm, co rút không đồng đều, ứng suất dư do phân bố nhiệt, biến dạng sản phẩm là do thiết kế hệ thống làm nguội không hợp lý. Các khuyết tật này có thể được hạn chế hoặc thậm 12 chí được loại bỏ thông qua sự sắp xếp các kênh làm nguội hợp lý và phối hợp với các điều kiện quy trình ép phun tốt nhất. Các sản phẩm nhựa được làm nguội bởi kênh làm nguội thông qua vật liệu khuôn. Nhiệt được truyền đi thông qua sự trao đổi nhiệt từ nhựa lỏng bên trong sản phẩm đến các kênh làm nguội, và nhiệt được lấy đi thông qua sự đối lưu nhiệt của chất làm nguội.3 Yêu cầu chung về hệ thống nhiệt trong khuôn phun ép[7,8] Đối với một số loại nhựa cần nhiệt độ cao mới có thể chảy dẻo tốt trong khuôn và điền đầy toàn bộ lòng khuôn thì cần phải gia nhiệt thêm cho khuôn.
Các môi chất gia nhiệt thường dùng là nước nóng, dầu nóng và hơi nước. Trong đó, nước nóng là môi chất phổ biến nhất được dùng gia nhiệt cho khuôn có kênh dẫn nguội. Yêu cầu chung là làm giảm thời gian gia nhiệt, giải nhiệt càng nhanh càng tốt trong khi vẫn giữ được các tính chất vật lý của vật liệu cũng như yêu cầu chất lượng của sản phẩm nhựa. Khi vật liệu nhựa nóng chảy được phun vào các lòng khuôn thì phải đông đặc trước khi được hệ thống đẩy đẩy ra khỏi khuôn.
Trong một số trường hợp khuôn ép sử dụng trong thời gian dài làm cho nhiệt độ khuôn lên cao buộc phải thoát nhiệt nhanh chóng để đẩy sản phẩm ra ngoài nhanh. Đối với các vật liệu vô định hình có cấu trúc ngẫu nhiên có thể được giải nhiệt làm nguội nhanh mà khônglàm thay đổi thuộc thuộc tính của vật liệu.