Thiết kế khuôn nhiều tầng với với ứng dụng phần mềm pro/engineer

ó thể gây nên việc sai số lắp ghép khuôn. Để cung cấp nhiệt lượng gia nhiệt cho nhựa trong kênh dẫn thì ta phải thực hiện gián tiếp thông qua lớp vỏ vòi phun, vì nhiệt độ của dòng nhựa trong kênh dẫn khá lớn (thường trên 2000C) nên sự giãn nở nhiệt của vòi phun là đáng kể. Để đảm bảo ổn định của hệ thống ta cần phải chú ý tạo ra các khoảng hở để tạo không gian cho sự giãn nở nhiệt, tránh gây nên hiện tượng cong vênh vòi phun do không kiểm soát được hướng giãn nở nhiệt. Trong kết cấu vòi phun gia nhiệt ngoài chúng ta cần chú ý đến nguy cơ rò rỉ nhựa khi kết hợp vòi phun gia nhiệt ngoài với bộ chia nhựa gia nhiệt ngoài, cần phải tính toán để xác định chính xác các vị trí hoạt động khi giãn nở nhiệt hoặc dùng các thiết kế vòi phun có gắn các hệ thống chống rò rỉ. Đối với những sản phẩm nhựa yêu cầu vết miệng phun để lại trên sản phẩm càng nhỏ càng tốt thì người ta thường áp dụng vòi phun dùng kim phun hoặc vòi phun dùng van điều khiển. Trong 1 số thiết kế, đầu phun thường có 2 bộ phận đốt nóng và kiểm soát nhiệt riêng biệt. 1 bộ phận đốt nóng ở phần giữa và dưới của thân vòi phun, còn lại cho phần đầu đầu phun và miệng phun. Thiết kế với bộ đốt nóng ở 2 vùng này sẽ cải thiện việc kiểm soát nhiệt độ cho các vùng khác nhau. Vòi phun gia nhiệt từ bên trong. Hệ thống vòi phun gia nhiệt từ bên trong thì dòng nhựa chảy qua 1 kênh dẫn hình vành khăn, được hình thành bên trong 1 ống thép rỗng hay trong đường ống tròn gia công trực tiếp trên tấm khuôn. Sau đó 1 ống gia nhiệt được đặt vào tâm kênh dẫn tạo thành không gian chảy hình vành khăn, 1 cặp nhiệt điện được đặt cùng với ống gia nhiệt để hồi tiếp tín hiệu về bộ kiểm soát nhiệt độ vòi phun. Khi nhựa nóng chảy được phun vào khuôn, nó đông lại tại thành ngoài của kênh dẫn trong khi phần nhựa gần thành vẫn nóng chảy. Lớp nhựa đông lại giúp bịt kín kênh dẫn không bị rò rỉ và cách ly nhiệt với khuôn lạnh bên ngoài. Nhiệt độ thường được dẫn từ ống gia nhiệt đến đầu miệng phun. Sự liên tục giữa ống gia nhiệt và đầu miệng phun làm tăng khả năng kiểm soát nhiệt ở đầu miệng phun so với các đầu miệng phun trong thiết kế đầu phun gia nhiệt từ bên ngoài. Tuy nhiên, điều này còn phụ thuộc rất nhiều vào từng thiết kế cụ thể. Hình 2.27 Vòi phun gia nhiệt trong. Ưu thế của hệ thống kênh dẫn nóng gia nhiệt trong là: Mất nhiệt ít hơn và năng lượng cần cung cấp để nung nóng thấp hơn vì cách nhiệt của nhựa chảy dẻo. Ít thành phần khuôn gặp sai lệch do vấn đề dãn nở nhiệt do sự gia tăng nhiệt độ. Rẻ hơn (so sánh với hệ thống kênh dẫn gia nhiệt ngoài). Cần ít không gian hơn. Tùy thuộc vào cách đóng mở miệng phun người ta chia ra vòi phun dùng van và vòi phun mở. Trong các chi tiết yêu cầu tình thẩm mỹ vết miệng phun cao hoặc cần phải điều khiển quá trình phun tuần tự của các đầu phun thi người ta thường dùng đầu phun đóng mở bằng van, các van được thiết kế để khi đóng vừa khít với miệng phun vào lòng khuôn nên không tạo ra vết miệng phun trên bề mặt sản phẩm như các đầu phun mở. Chúng ta có thể sử dụng vòi phun đóng mở bằng van điều khiển tuần tự các vòi phun để không tạo thành đường hàn. Hình 2.28 Vòi phun mở và vòi phun dùng van điều khiển tuần tự. Ở hình đầu tiên là ta sử dụng miệng phun mở, nên dòng nhựa được đưa vào cùng 1 lúc, vì vậy nơi giao nhau của các dòng nhựa sẽ gây ra đường hàn. Hình bên cạnh thì vòi phun ở giữa được mở trước 1 thời gian, sau đó mới mở 2 vòi phun bên cạnh, khi đó dòng nhựa không còn bị hiện tượng đường hàn nữa. 3.5.2.6.2 Lắp ghép vòi phun vào bộ chia nhựa. Vòi phun được gắn với bộ chia nhựa bằng nhiều phương pháp khác nhau. Vòi phun thường được bắt vít, ghép bulông hay nén chặt vào bộ chia nhựa. Sự kết nối giữa đầu phun và bộ chia nhựa tạo ra kênh dẫn cho nhựa nóng chảy đến đầu miệng phun. Một khó khăn chính của đầu phun là phải bảo đảm tránh rò rỉ nhựa ở áp suất cao tại mối ghép với bộ chia nhựa. a) Dùng mối ghép ren trực tiếp:. Các đầu phun được gia công ren trên thân đầu phun để bắt chặt vào bộ chia nhựa cũng đã tạo lỗ ren tương ứng. Hình 2.29 Đầu phun lắp trực tiếp vào bộ chia nhựa bằng mối ghép ren. Sử dụng mối ghép ren cho giúp ta tránh hoàn toàn việc rò rỉ nhựa từ đầu vòi phun nhờ khả năng định tâm và kẹp chặt của mối ghép. Nhờ thế mà dòng nhựa được luân chuyển qua bề mặt lắp ghép mà không bị rò rỉ hay sụt áp do lệch tâm giữa kênh dẫn ở vòi phun và kênh dẫn trên bộ chia nhựa. Tuy nhiên phương pháp này cũng có những hạn chế do quá trình giản nở nhiệt của vòi phun và bộ chia nhựa. Trong trường hợp sử dụng vòi phun ngắn thì sự giãn nở nhiệt của bộ chia nhựa có thể gây nên những ứng suất đáng kể trên đầu vòi phun và có thể làm biến dạng vòi phun. Các đầu phun sử dụng mối ghép ren thường dài để tránh biến dạng đầu vòi phun do giãn nở của bộ chia nhựa không đáng kể so với chiều dài vòi phun. Tuy vậy đầu phun sử dụng kết cấu loại này còn có ưu điểm là hạn chế việc truyền nhiệt từ đầu phun đến các tấm khuôn vì chúng chỉ tiếp xúc nhau tại diện tích nhỏ của vòng cố định đầu phun với khuôn. b) Sử dụng mối ghép ren gián tiếp. Các đầu phun loại này sử dụng bulông để ghép chặt đầu phun với bộ chia nhựa, mối ghép này cũng tạo ra độ đồng tâm giữa kênh dẫn trong bộ chia nhựa và kênh dẫn trong vòi phun. Hình 2.31 Một kết cấu vòi phun dùng bulông ghép chặt với bộ chia nhựa. Mặc dù không phải lắp ghép trực tiếp vào bộ chia nhựa như phương pháp dùng mối ghép ren trực tiếp, nhưng phương pháp này cũng chỉ thường cho phép sử dụng cho các hệ thống kênh dẫn nhỏ có độ giãn nở nhiệt ít. Đối với khuôn lớn, giãn nở nhiệt của các bộ chia nhựa sẽ gây ra các biến dạng nhiệt lớn, gây ứng suất, làm biến dạng cho bulong và có thể làm rò rỉ nhựa tại mặt lắp ghép sau đó. c) Sử dụng mối lắp chặt. Mối lắp chặt giữa đầu phun và bộ chia nhựa có được dựa trên giãn nở nhiệt của các chi tiết khi được gia nhiệt. Đây là phương pháp thông dụng nhất để lắp ghép vòi phun vào bộ chia nhựa. Ưu điểm của phương pháp này là bộ chia nhựa khi giãn nở theo phương vuông góc với vòi phun mà không làm biến dạng hoặc gây ra ứng suất trong vòi phun. Vì vòi phun được giữ cố định trên tấm lòng khuôn nên khi vòi phun và bộ chia nhựa được gia nhiệt thì bộ gia nhiệt sẽ giãn nở tự do theo phương vuông góc với đầu phun và bề mặt ngoài của bộ chia nhựa sẽ trượt trên bề mặt tiếp xúc của vòi phun. Nếu biết nhiệt độ nóng chảy của nhựa thì vị trí kênh dẫn trong bộ chia nhựa đi vào đầu phun sẽ được xác định chính xác sao cho khi giãn nở nhiệt nó sẽ đồng trục với kênh dẫn vòi phun. Nhược điểm của hệ thống là phải dựa vào chênh lệch nhiệt độ vì chênh lêch nhiệt độ này sẽ quyết định sự thẳng hàng giữa kênh dẫn của đầu phun và bộ chia nhựa, nếu bị lệch thì có thể tạo vùng cản trở dòng chảy ở vị trí tiếp xúc của vòi phun và bộ chia nhựa. Nếu giãn nở nhiệt đủ thì sẽ không tạo khe hở làm rò rỉ nhựa. Phương pháp này đòi hỏi người vận hành phải khởi động hệ thống từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ làm việc trước khi hệ thống hoạt động. Sử dụng phương pháp này chúng ta cần phải có hệ thống xác định nhiệt độ chính xác vì những thay đổi nhiệt độ của bộ chia nhựa và vòi phun đều gây ra sai lệch do giãn nở nhiệt cho dòng kênh dẫn trên bộ chia nhựa và dòng kênh dẫn trên vòi phun. Hình 2.32 Hệ thống Master-Seal của Mold Master. Hiện nay có nhiều công ty cung cấp các giải pháp tránh rò rỉ nhựa trong hệ thống hot-runner như : Master-seal của Mold Master (hình 2.32) hoặc Utra Seal của Husky, các hệ thống này có chung 1 công dụng là tạo sự kín khít giữa vòi phun và bộ chia nhựa bằng lòxo. Ngoài cách phân loại vòi phun theo cách gia nhiệt ta còn có thể phân loại vòi phun theo số lượng kim phun trong 1 vòi phun ta có vòi phun đơn và vòi phun nhiều điểm (multi-shot). Nếu sản phẩm nhỏ và cho phép thiết kế các lòng khuôn gần nhau thì ta nên sử dụng vòi phun nhiều điểm để giảm giá thành khuôn. Hình 2.33 Vòi phun nhiều điểm. 3.5.2.6.3 Miệng phun: Miệng phun cũng là 1 trong các thành phần quan trọng nhất trong hệ thống kênh dẫn. Việc chọn thiết kế miệng phun phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng chi tiết. Việc thiết kế miệng phun bao gồm chọn loại miệng phun, kích thước và vị trí miệng phun trên sản phẩm. Miệng phun được xem như là cửa ra của hệ thống kênh dẫn nên các đặc trưng của nhựa khi ra khỏi miệng phun tác động trực tiếp lên các quá trình điền đầy nhựa trong lòng khuôn. Các miệng phun thường được chọn với kích thước nhỏ nhất và được mở rộng nếu cần thiết. Miệng phun lớn thì quá trình điền đầy sản phẩm được nhanh chóng nhưng vết miệng phun để lại trong quá trình ép phun lớn làm mất tính thẩm mỹ. Hệ thống khuôn dùng kênh dẫn nóng thường ứng dụng vào sản xuất những chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ cũng như độ chính xác nên miệng phun thường là 1 đoạn kênh dẫn ngắn có kích thước nhỏ đưa nhựa từ đầu phun vào thẳng lòng khuôn. Trở ngại lớn nhất trong thiết kế miệng phun chính là việc bảo đảm sản phẩm nhựa được làm nguội ở phía bên ngoài miệng phun nhưng vẫn bảo đảm nhựa ở trạng thái lỏng ở phía bên trong miệng phun trong khi khoảng cách giữa 2 vị trí này chỉ khoảng vài milimet. Một số yêu cầu cơ bản cho việc thiết kế miệng phun: Hạn chế đông nhựa và cản trở nhựa nóng chảy vào lòng khuôn. Tránh gây rò rỉ nhựa. Hạn chế dòng nhiệt cục bộ truyền vào sản phẩm. Tối thiểu sụt áp. Tối thiểu các vùng cản trở dòng chảy. Tối thiểu vết của miệng phun để lại trên sản phẩm. Hạn chế mài mòn (đặc biệt cho các vật liệu nhựa có tính mài mòn cao). Giãn nở nhiệt ở miệng phun xảy ra theo phương song song với hướng dòng chảy kênh dẫn nên khi thiết kế chúng ta chú ý chừa không gian cho thiết bị giãn nở. Hình 2.34 Giãn nở nhiệt đầu vòi phun và lớp đệm không khí. Hầu hết các miệng phun được thiết kế để có thể tháo rời và để cho phép thay thế dễ dàng khi bị mài mòn hoặc khi miệng phun không cho sản phẩm như mong muốn. Người ta thiết kế thêm bạc miệng phun để dễ lắp ghép đồng thời tạo lớp cách ly cho khuôn. Hình 2.35 Bạc miệng phun. Dựa vào hoạt động đóng mở miệng phun, ta có thể chia miệng phun thành 3 loại chính: Miệng phun mở. Miệng phun dùng van đóng mở. Miệng phun đóng mở bằng nhiệt . Các loại miệng phun trên được sử dụng phù hợp với loại đầu phun tương ứng. a) Miệng phun mở: Loại miệng phun này luôn hở để nhựa chảy trực tiếp vào lòng khuôn và tại cuối chu kì ép phun nhựa sẽ hơi đông lại đủ để đóng miệng phun. Điều này ngăn nhựa chảy khỏi đầu phun khi khuôn mở ra để đẩy sản phẩm ra ngoài khuôn. Khi mở khuôn, 1 ít nhựa vẫn còn lưu lại trên sản phẩm và tạo vết mở trên sản phẩm. Ở chu trình ép phun kế tiếp, nhựa có áp suất cao sẽ đẩy phần nhựa tại đầu đầu phun vào lòng khuôn và miệng phun lại mở trở lại để điền đầy lòng khuôn. Phần nhựa lưu lại ở miệng phun trong chu trình trước đó sẽ nóng chảy và trộn với dòng nhựa mới. Điều quan trọng là chiều dày của miệng phun cần phải nhỏ hơn tiết diện sản phẩm đối diện với miệng phun để lượng nhựa đông tại miệng phun dễ dàng đi vào lòng khuôn. Hình 2.36 Miệng phun mở dùng kim phun. Hình 2.37 Quá trình tách rời nhựa đông tại miệng phun. Kích thước và hình dáng của vết miệng phun trên sản phẩm phụ thuộc vào hướng miệng phun, thiết kế khuôn và điều kiện hoạt động (nhiệt độ, áp suất, thời gian) của máy ép. Miệng phun được chọn cần phải thỏa mãn yêu cầu về vết miệng phun, đồng thời tạo sụt áp thấp nhất và khả năng tránh đông nhựa. Vết miệng phun tối thiểu thường đạt được bằng cách kéo dài đầu phun gia nhiệt hay đưa thanh gia nhiệt vào lỗ miệng phun. Bộ gia nhiệt tăng khả năng kiểm soát đóng nhựa tại miệng phun nhưng lại tạo ra kênh dẫn nhựa hình vành khuyên nhỏ và làm tăng sụt áp khi phun. Với độ mở nhỏ của miệng phun cũng góp phần làm tăng khả năng kẹt miệng phun. Miệng phun mở thường chỉ là 1 lỗ phun nhỏ để giảm vết miệng phun. Đường kính lỗ miệng phun có thể từ 3mm đến nhỏ hơn 1mm, phụ thuộc loại vật liệu và yêu cầu vết miệng phun, thông thường dùng 0,75 mm. Lỗ miệng phun nếu đơn giản có thể gia công trực tiếp trên các tấm khuôn, nhưng thường được gia công trên miếng ghép riêng cùng với lòng khuôn sản phẩm. Hơn nữa, các miệng phun rất dễ bị mài mòn khi sử dụng các loại nhựa có tính mài mòn cao (các loại nhựa trộn thủy tinh để gia cố), hay khi sản xuất rất nhiều sản phẩm. Chính vì vậy, nếu sử dụng miếng ghép ta có thể dễ dàng thay thế khi cần thiết mà không cần thay cả tấm khuôn. Việc sử dụng các miếng ghép cũng có thể dùng làm mát tấm khuôn, tạo cách ly nhiệt với miệng phun nóng. Đối với miệng phun mở thì khi sản phẩm trong chu trình kẹp của khuôn ép thì hệ thống làm nguội cũng sẽ đồng thời làm nguội 1 phần miệng phun, phần miệng phun này sẽ được đẩy ra cùng với dòng nhựa chảy dẻo khi máy tiếp tục thực hiện lại chu trình ép phun và hòa tan vào trong dòng nhựa nóng được phun vào. Một số sản phẩm sử dụng loại miệng phun dạng bạc, loại này cũng là 1 dạng của miệng phun mở nhưng thiết kế mở rộng phần miệng phun nên giảm thiểu sự mài mòn xảy ra ở miệng phun. Hình 2.38 Miệng phun dạng bạc. Đầu miệng phun được gia nhiệt để giữ nhựa tại vùng miệng phun khỏi đông. Nhiệt thường dẫn từ thân đầu phun hay dùng hệ thống gia nhiệt từ bên trong. Các loại kim phun dẫn nhiệt thường được chế tạo từ các loại vật liệu có độ dẫn nhiệt cao như Cu hay Cu-Be. Tuy nhiên, các loại kim phun dẫn nhiệt cũng làm hạn chế dòng chảy. Kim phun trong đầu phun có hệ thống gia nhiệt ngoài thường gắn với thân đầu phun bằng ren hay cố định với thân đầu phun bằng chốt chặn lắp với thân đầu phun bằng ren. Các hệ thống kênh dẫn nóng cũng có khả năng cung cấp miệng phun đặc biệt như miệng phun cạnh, miệng phun đường ngầm. Tuy nhiên do kết cấu đầu phun cần gia nhiệt nên các loại miệng phun này có những thay đổi nhỏ. Đối với miệng phun cạnh, đầu phun đưa các miệng phun ra xung quanh đầu phun để có thể tiếp cận sản phẩm từ phía mặt bên. Còn đối với các miệng phun đường ngầm thì thường được tạo hình bên trong các miếng ghép được chế tạo sẵn. Các loại này hầu hết là miệng phun mở vì thiết kế đặc biệt nên khó đặt van điều khiển. Hình 2.39 Đầu phun dùng cho miệng phun cạnh. b) Miệng phun dùng hệ thống đóng mở bằng cơ khí. Có các loại như lò xo, thủy lực, khí nén… Trước khi phun nhựa vào lòng khuôn các chốt van được rút về, do đó tạo ra lỗ miệng phun lớn cho phép nhựa chảy vào lòng khuôn rỗng. Trước khi nhựa tại miệng phun đóng rắn hoàn toàn, các chốt van được đẩy về phía miệng phun để đóng miệng phun lại. Các loại miệng phun van dùng lò xo đóng mở không thể điều khiển được nên hầu hết các loại miệng phun van ngày nay đều là miệng phun dùng thủy lực hoặc khí nén. Hệ thống miệng phun van điều khiển khí nén thủy lực thường cần phải dùng xylanh khí nén tương đối lớn vì áp suất khí thường đạt tối đa khoảng 120psi (0.8Mpa). Nhưng lực, vận tốc và dịch chuyển của các piston thường không bằng hệ thống dùng thủy lực vì áp suất trong các loại xylanh này có thể đến 2000 psi (14MPa). So với hệ thống dùng miệng phun mở thì hệ thống dùng miệng phun van sẽ cần áp suất thấp hơn để bơm nhựa vì đường kính miệng phun van thường lớn hơn những loại mở. Chính vì thế tốc độ phun nhựa cũng nhanh hơn, giúp giảm thời gian chu trình, do đó loại này dùng cho các ứng dụng đòi hỏi chu trình ép phun nhanh. Hình 2.40 Miệng phun dùng van đóng mở bằng hệ thống cơ khí. Ưu điểm khác của hệ thống sử dụng miệng phun này chính là khả năng hạn chế hoàn toàn việc rò rỉ nhựa khỏi miệng phun nhờ quá trình đóng kín các chốt van. Đối với các chi tiết yêu cầu khắt khe về vết miệng phun để lại trên sản phẩm như sản phẩm dùng cho y khoa, thì hệ thống sử dụng van lò xo là 1 lựa chọn rất tốt. Nhược điểm của hệ thống đóng mở bằng cơ khí: Hệ thống thường có chi phí cao. Bảo trì, vận hành khá phức tạp và tốn kém vì phải thực hiện những công đoạn khi vận hành, có nhiều thông số cần kiểm soát hơn. Các chi tiết dễ mài mòn do chuyển động và có nguy cơ rò rỉ nhựa từ bộ chia nhựa ra ngoài do các hệ thống thủy lực, xylanh, piston thường được bố trí trên tấm kẹp trước của khuôn, bên ngoài bộ chia nhựa. Hình 2.41 Hệ thống kênh dẫn nóng sử dụng thiết bị đóng mở bằng piston. c) Miệng phun đóng mở bằng nhiệt. Ngoài cách đóng mở trực tiếp miệng phun bằng van ta còn có thể điều khiển đóng mở miệng van bằng nhiệt. Seki corporation là hãng đầu tiên đề suất việc điều khiển này cách đây 20 năm. Hoạt động của loại này dựa trên việc cho nóng chảy hoặc hơi đông đặc tạm thời nhựa tại vùng miệng phun thông qua việc cấp hoặc không cấp nhiệt cho thanh gia nhiệt đặt bên trong đầu phun gần miệng phun. Thanh gia nhiệt này được điều khiển nhiệt độc lập theo chu trình ép phun. Thanh này sẽ được cấp điện gia nhiệt trong thời gian phun. Duy trì áp suất và thời gian khuôn đóng lại chuẩn bị ép và được tắt trong giai đoạn làm nguội và đẩy sản phẩm ra ngoài. Do khối lượng nhỏ nên thanh gia nhiệt này có thể làm nóng hay nguội rất nhanh chóng. Thiết kế này sẽ hoạt động hiệu quả tốt nếu đầu phun được làm mát bên ngoài tốt. Hình 2.42 Đầu phun sử dụng miệng phun đóng mở bằng nhiệt. d) Vị trí miệng phun:. Hệ thống hotrunner được sử dụng cho các sản phẩm sản xuất với số lượng lớn với những hệ thống tự động hóa cao. Ngoài ra hệ thống này còn cho phép các kỹ thuật mới dựa trên cơ sở khả năng có thể đặt vị trí cổng phun. Miệng phun ở trung tâm sản phẩm : là loại đơn giản nhất, dễ điều khiển được nhiệt độ, qua đó không phụ thuộc vào lượng nhựa và chu kỳ, cũng thích hợp với các hệ thống khuôn lớn. Có thể sử dụng để phun trực tiếp vào sản phẩm hoặc phun vào các kênh nhựa thông thường. Hình 2.43 Miệng phun đặt ở trung tâm sản phẩm. Miệng phun đặt ở phía bên khuôn: được sử dụng khi chi tiết tương đối lớn mà chỉ cho phép 1 cách đặt miệng phun ở thành bên của sản phẩm trong khuôn. Thường sử dụng gắn liền với kênh dẫn nhựa nóng. Hình 2.44 Miệng phun đặt ở bên khuôn. Phun trực tiếp vào tâm ở nhiều lòng khuôn: đây là cách bố trí phổ biến nhất trong hệ thống kênh dẫn nóng có nhiều lòng khuôn trên 1 khuôn. Ưu điểm là tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm sụt áp và thời gian chu kỳ ngắn do giảm chiều dài đường kênh dẫn so với các loại bố trí tại mép, giảm chi phí gia công sản phẩm lại sau khi sản xuất. Hình 2.45 Phun trực tiếp vào tâm ở nhiều lòng khuôn. Phun gián tiếp vào mép ở khuôn nhiều lòng khuôn: giống phun vào mép ở trường hợp khuôn đơn. Hình 2.46 Phun gián tiếp vào mép lòng khuôn. Phun nhiều điểm vào 1 sản phẩm: thường dùng cho sản phẩm lớn có tỷ lệ giữa chiều dài dòng chảy chiều dài thành sản phẩm lớn. Khi đó để hạn chế việc phải tăng áp suất để phun từ 1 điểm vào điền đầy lòng khuôn thì ta thường chọn phun nhựa qua nhiều miệng phun, nhờ đó mà sẽ không cần tăng áp suất, đạt được sự điền đầy đồng đều hơn. Hơn nữa thời gian điền đầy có thể rút ngắn lại. Hình 2.47 Phun nhiều điểm trên bề mặt sản phẩm. Phun gián tiếp vào cạnh bên nhiều sản phẩm: Hình 2.48 Miệng phun đặt nằm ngang để phun cạnh bên sản phẩm. Kênh nóng ở khuôn nhiều tầng: Hình 2.49 Miệng phun đặt trong khuôn nhiều tầng. 3.5.2.6.4 Hệ thống gia nhiệt và điều khiển nhiệt độ. Đây là bộ phận giúp đảm bảo hệ thống kênh dẫn nóng của chúng ta hoạt động tốt nhờ quá trình gia nhiệt và điều khiển nhiệt độ liên tục cho hệ thống kênh dẫn. Hệ thống này gồm 2 bộ phận: Bộ phận gia nhiệt. Bộ phận điều khiển nhiệt độ: gồm thiết bị đo đạc và điều khiển nhiệt độ. a) Bộ phận gia nhiệt. Đặc điểm của hệ thống kênh dẫn nóng là dòng nhựa luôn được giữ ở trạng thái chảy loãng nên các kênh dẫn trong hệ thống cần 1 hệ thống gia nhiệt để đảm bảo nhiệt độ cho hệ thống kênh dẫn. Khi thiết kế hệ thống gia nhiệt cho các kênh dẫn ta cần chú ý thiết kế sao để hệ thống có thể gia nhiệt đồng đều các kênh dẫn. Ngoài ra hệ thống gia nhiệt cũng phải dễ dàng lắp đặt trong khi đảm bảo cung cấp đủ nhiệt lượng cần thiết gia nhiệt. Công suất nung nóng lắp đặt có thể tính theo công thức sau: P : công suất nung nóng m - khối lượng block kênh nóng c – nhiệt riêng đối với thép 0,48 KJ/(Kg.K) - khác biệt nhiệt độ mong muốn của chất chảy lỏng và nhiệt độ của kênh nóng khi bắt đầu nung nóng. t - thời gian nóng lên – hiệu suất chung(điện nhiệt) khoảng 0, 4-0, 7 Gia nhiệt bạc cuống phun. Bạc cuống phun thường có cấu trúc hình trụ đơn giản, cũng như có chiều dài ngắn nên thường chỉ sử dụng các băng gia nhiệt (band heaters) để đốt nóng bạc cuống phun. Băng nhiệt có cả loại cách ly bằng mica hay vô cơ. Băng nhiệt gồm các dây đốt nóng quấn trong 1 vỏ chứa tiết diện phẳng dạng ống. Các dây dẫn này được cách ly bằng mica, hoặc chất vô cơ. Băng nhiệt cách ly bằng mica có giá rẻ, hoạt động ở nhiệt độ tới 37000C và thường giới hạn đến mật độ công suất nhỏ hơn 45 W/in2 (0,07 W/mm2). Để kéo dài tuổi thọ của chúng, điều quan trọng là phải bảo đảm bề mặt băng nhiệt tiếp xúc tốt với bạc cuống phun để tránh điểm quá nóng trên băng nhiệt gây ra hư hỏng các dây đốt nóng. Loại này tốt cho các ứng dụng nhiệt độ thấp nhưng sẽ cần thay thế nhiều hơn so với các loại thiết bị đốt nóng khác. Hình 2.50 Thiết bị gia nhiệt bạc cuống phun. Băng nhiệt cách ly bằng vô cơ có thể hoạt động ở nhiệt độ đến 7600 C và mật độ công suất có thể tăng đến 100 W/in2 (0,16 W/mm2). Loại này thích hợp cho các loại nhựa nhiệt độ cao và có tuổi thọ dài hơn so với loại trên. Gia nhiệt bộ chia nhựa. Yêu cầu của thiết bị nung nóng là việc chuyển tiếp nhiệt lượng tốt tới đối tượng được nung nóng. Do đó cần lưu ý dung sai lắp ghép của thiết bị gia nhiệt và tấm manifold. Việc chọn đạn nung nóng là do cách thức gia nhiệt trong hay gia nhiệt ngoài hoặc theo công suất nhiệt yêu cầu và mối quan hệ không gian. Có nhiều vấn đề khi tăng mật độ công suất của thiết bị gia nhiệt, vì có thể xảy ra quá nhiệt gây biến tính vật liệu nhựa và ảnh hưởng đến các bộ phận khác của hệ thống khuôn. Bảng 2.5 Mối quan hệ giữa thiết bị gia nhiệt và mật độ công suất. Đường kính(inch) Chiều dài (mm) Mật độ công suất(W/cm2) 1/4 30 35 75 23 3/8 30 27 200 13 1/2 50 20 200 13 Đối với các bộ chia nhựa được gia nhiệt ngoài ta thường dùng các loại bộ gia nhiệt vòng. Loại phần tử gia nhiệt này chỉ có 1 dây đốt nóng bên trong, bộ gia nhiệt này thường làm nóng đều bộ chia nhựa. Ta không cần cách ly để tách giữa các đoạn dây như các loại thiết bị gia nhiệt bên trong, do đó loại này cũng bền hơn và có tuổi thọ dài hơn. Hệ thống ống được uốn cong và đặt vào các rãnh chạy dọc đường bao bộ chia nhựa, các rãnh này thường được phay trên bề mặt bộ chia nhựa. Khi các ống được đặt vào nó được bao bằng cement dẫn nhiệt và có thể giữ chặt bộ gia nhiệt bằng cách lắp chặt vào các rãnh có bề rộng đúng bằng đường kính bộ gia nhiệt hoặc dùng thêm 1 tấm nhôm gắn trên bề mặt bộ chia nhựa để giữ chặt. Tuy nhiên điểm hạn chế của bộ gia nhiệt này là chúng không tiếp xúc trực tiếp với dòng vật liệu nên công suất gia nhiệt cũng yêu cầu lớn hơn vì nó phải nung nóng đều khối manifold và làm tăng nhiệt độ khuôn. Hình 2.51 Thiết bị để gia nhiệt ngoài tấm manifold. Kênh dẫn lắp hệ thống gia nhiệt ngoài thường được yêu cầu về dung sai để truyền nhiệt tốt qua tấm chia nhựa, thường sử dụng mối lắp chặt để cho tăng khả năng truyền nhiệt tiếp xúc đồng thời giúp giữ chặt thiết bị gia nhiệt trong bộ chia nhựa mà không cần phải thêm thiết bị để kẹp chặt. Hình 2.52 Khe chứa thiết bị gia nhiệt vòng. Trong trường hợp cần gia nhiệt trong tấm manifold người ta thường sử dụng thiết bị gia nhiệt hình ống. Ống gia nhiệt cấu tạo từ dây điện trở quấn bên trong vỏ ống. Các vòng dây này được cách ly bằng MgO và được đặt trong ống thép chống rỉ và mài mòn. Nó thường có dạng thẳng không thể bẻ cong và thường đặt trong các lỗ khoan trên bộ chia nhựa. Phân bố nhiệt của ống gia nhiệt có thể thay đổi bằng cách thay đổi mật độ vòng dây quấn trong vỏ bọc. Thông thường mật độ dây quấn tăng tại 2 đầu ống. Khi gắn trong các lỗ khoan phải bảo đảm để tiếp xúc tốt, thường dùng thêm keo dẫn nhiệt để tránh làm quá nhiệt độ đốt nóng và giảm tuổi thọ. Hình 2.53 Phân bố nhiệt trong ống gia nhiệt Loại này có cả mật độ công suất thấp và cao, loại cao thường ở những nơi không gian hạn chế, thường có tuổi thọ thấp hơn loại công suất thấp. Công suất loại này có thể đạt đến 200W/cm2 và nhiệt độ làm việc 6500 C. Hình 2.54 Thiết bị gia nhiệt dạng ống và dạng tấm. Gia nhiệt vòi phun. Có 3 cách để gia nhiệt đầu vòi phun trong bộ chia nhựa nóng : Đầu phun được gia nhiệt gián tiếp. Đầu phun được gia nhiệt trong. Đầu phun được gia nhiệt ngoài. Với đầu phun được gia nhiệt gián tiếp thì chỉ cần lựa chọn bộ gia nhiệt thích hợp cho bộ chia nhựa như đã nói ở trên. Nhiệt lượng sẽ được dẫn trực tiếp từ bộ chia nhựa đến các đầu phun làm bằng vật liệu có độ dẫn nhiệt cao. Với các đầu phun được gia nhiệt ngoài, ta dùng các băng nhiệt hay các cuộn dây xoắn (coil heater). Do đó kích thước lớn hơn nhưng công suất thấp chỉ khoảng 4 W/cm2 nên thường hạn chế sử dụng loại băng nhiệt. Hình 2.55 Các cuộn dây gia nhiệt xoắn. Dây đốt nóng của cuộn dây xoắn được bọc với bọc bảo vệ. Các dây có dạng thẳng hay xoắn thành vòng trong ống bảo vệ, có 2 dây dẫn điện ở phía đầu ống. Chúng được cách điện bằng chất vô cơ (thường là MgO). Vỏ bảo vệ bền và có thể quấn thành dạng ống xoắn quanh thân đầu phun hình trụ. Các phần tử đốt nóng này có độ bền và tuổi thọ rất tốt. Mặt cắt của cuộn dây có tiết diện tròn và đôi khi tiết diện chữ nhật. Với tiết diện chữ nhật sẽ tăng cường khả năng tiếp xúc khi quấn quanh đầu phun và có thể tăng cường dẫn nhiệt đáng kể. Mật độ năng lượng của cuộn đất nóng cao khoảng 100 W/in2 và đạt đến nhiệt độ 10000 C. Phân bố nhiệt dọc đầu phun có thể thay đổi bằng các thay đổi quấn số vòng dây ở vòi phun. Mật độ của vòng dây có thể tăng tại những chỗ mất mát nhiệt lớn, như tại đầu đầu phun và tại nơi đầu phun tiếp xúc với khuôn. Cuộn dây đốt nóng có thể quấn ngoài quanh đầu phun hoặc đúc vào ngoài thân đầu phun hay có thể chứa trong ống vỏ bọc. Ống này thường làm bằng đồng kết hợp thép không ghỉ. Đồng đỏ tăng cường phân bố nhiệt độ dọc vòi phun còn thép không gỉ thì cách ly việc mất mát nhiệt ra môi trường xung quanh. Còn đối với các đầu phun gia nhiệt từ bên trong thì các ống gia nhiệt (catridge heaters) là sự lựa chọn tốt nhất. Hình 2.56 Thiết bị gia nhiệt vòi phun. b) Điều khiển nhiệt độ trong hệ thống kênh nhựa nóng. Các khuôn kênh dẫn nóng đặc biệt rất nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ ở đầu phun và miệng phun. Ngay cả 1 sự thay đổi nhiệt độ khoảng vài độ cũng dẫn đến phế phẩm. Do đó, điều khiển nhiệt độ chính xác là 1 điều kiện quan trọng để đạt chất lượng sản phẩm tốt đồng thời vận hành khuôn kênh dẫn nóng 1 cách tự động. Về nguyên tắc, mỗi đầu phun cần được điều khiển riêng biệt, bởi vì dòng nhựa chảy qua mỗi đầu phun có thể được tác động độc lập. Điều khiển bộ chia nhựa thì ít quan trọng, chỉ cần 1 điểm đo và điều khiển là đủ cho các bộ chia nhựa nhỏ dùng bộ gia nhiệt dạng vòng. c) Lựa chọn cảm biến. Để có thể điều khiển được nhiệt độ, ta phải đo được nhiệt độ khuôn. Chính vì vậy, cần phải lựa chọn cảm biến nhiệt độ thích hợp. Ta có thể lựa chọn nhiều cảm biến đo nhiệt khác nhau như: cặp nhiệt điện, điện trở nhiệt. Ta thường dùng cảm biến đo nhiệt mà thông dụng nhất trong ngành nhựa chính là cặp nhiệt điện. Việc lựa chọn cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ vì các ưu điểm của nó so với các loại khác như : Khả năng cung cấp tín hiệu điện DC trực tiếp cho quá trình điều khiển. Khoảng nhiệt độ hoạt động rộng (-2000C đến 18000C). Hoạt động tốt ở môi trường nhiệt độ cao, ít chùi rửa. Khả năng truyền dẫn tín hiệu đi xa khỏi vị trí đo. Có kích thước nhỏ gọn, độ ổ định cao. Có độ chính xác khá tốt khi đo nhiệt độ điểm, phù hợp yêu cầu trong khuôn. Giá thành không cao. Với các ưu điểm đã nêu trong phần trước, cặp nhiệt điện là lựa chọn hàng đầu cho việc đo nhiệt độ trong khuôn. Loại cặp nhiệt điện thường dùng đo nhiệt độ trong ngành nhựa là cặp nhiệt điện loại J. Loại này có 1 dây dương làm bằng sắt, 1 dây âm làm bằng hợp kim đồng -nikel. Tín hiệu điện thu được trong ngõ ra loại này xấp xỉ khoảng 5mV/1000C. Một loại cặp nhiệt điện khác thường dùng ở thị trường Nhật là cặp nhiệt điện loại K, làm từ hợp kim NiCr với tín hiệu ra khoảng 4mV/1000C. Hình 2.57 Các cặp nhiệt điện dùng trong công nghiệp ép phun. c) Chọn vị trí đo nhiệt độ. Ta cần bố trí cặp nhiệt điện tại các vị trí có thực hiện gia nhiệt. Trong vòi phun: Có 2 vị trí quan trọng trong khu vực vòi phun: 1 là tại miệng phun, nơi mà nhiệt độ rất quan trọng để dòng chảy dễ dàng duy trì áp suất, 1 nơi khác là tại điểm mà lượng nhiệt tỏa ra lớn nhất, thường là ở giữa bộ gia nhiệt (nơi mà vật liệu nhựa dễ biến tính do nhiệt nhất). Do đó lựa chọn tốt nhất là đo nhiệt độ tại điểm giữa 2 điểm này. Hình 2.58 Bố trí cặp nhiệt điện ở đầu vòi phun. Đối với các loại đầu phun gia nhiệt trong, các bộ gia nhiệt thường được dùng là các ống gia nhiệt (catridge heaters) có lắp sẵn cặp nhiệt điện đặt gần đầu ống. Trong bộ chia nhựa: Cũng như trong vòi phun cặp nhiệt điện không nên đặt tại các vị trí có nhiệt độ thấp, là tại các đầu cuối của bộ chia nhựa, vì nó có thể dẫn đến quá nhiệt tại tâm bộ chia nhựa. Nếu sử dụng ống gia nhiệt, ta cũng nên chọn vị trí giữa kênh dẫn và điểm nóng nhất của ống gia nhiệt và ta cũng không nên đặt tại vị trí các miếng đệm hay chốt của bộ chia nhựa. Còn nếu sử dụng các bộ gia nhiệt vòng thì ta nên đặt tại vị trí có nhiệt độ cao, là khu vực gần cuống phun. d) Bộ điều khiển nhiệt độ. Tất cả đầu phun phải lắp cặp nhiệt điện và hệ thống gia nhiệt của chúng phải có vùng đều khiển nhiệt độ riêng. Đây là cách duy nhất để đồng bộ nhiệt độ giữa các vòi phun. Các bộ điều khiển với cấu trúc PID là thông dụng nhất. Các bộ điều khiển hiện nay có khả năng tự điều chỉnh các thông số thông qua hệ thống PID. Các bộ điều khiển nhiệt độ rất đa dạng phục vụ cho nhiều nhu cầu khác nhau từ các bộ điều khiển riêng lẻ cho từng vị trí cần kiểm soát nhiệt độ đến các bộ điều khiển thích hợp dùng điều khiển nhiều vùng trong cùng hệ thống lớn. Các bộ điều khiển nhiệt độ hiện nay được cung cấp rất rộng rãi, có thể từ các nhà chế tạo kênh dẫn nóng hoặc từ các nhà chuyên sản xuất các hệ thống kiểm soát nhiệt như Watlow, Tempco, Fastheat… Hình 2.59 Các hệ thống kiểm soát nhiệt độ. Các bộ điều khiển nên nối với bộ điều khiển máy để nhiệt độ được điều chỉnh tự động ở mức thấp khi máy ép phun dừng hoạt động hay nghỉ lâu để không xảy ra biến tính hay phân hủy nhựa vẫn còn trong bộ chia nhựa. 3.5.2.6.5 Cách ly nhiệt và làm mát hệ thống khuôn dùng kênh dẫn nóng. Với việc sử dụng nhiều thiết bị gia nhiệt trong hệ thống kênh dẫn nóng, hệ thống khuôn xung quanh cũng sẽ nóng lên do các quá trình truyền nhiệt xảy ra trong hệ thống khuôn. Điều này gây ra cho chúng ta nhiều khó khăn vì làm thay đổi nhiệt độ khuôn cũng như nhiệt độ bộ chia nhựa. Quá trình làm nóng trong thời gian dài sẽ gây biến dạng các tấm khuôn do giãn nở nhiệt các tấm khuôn ở nhiệt độ cao, gây ảnh hưởng đến các mối lắp ghép của khuôn, vì vậy chúng ta cần phải có 1 hệ thống giải nhiệt các tấm khuôn để tránh những hạn chế trên. Đối với lòng khuôn chứa bộ gia nhiệt thì các thành bề mặt khuôn sẽ luôn cách bề mặt của bộ chia nhựa 1 khoảng cách nhất định để tạo thành lớp đệm cách ly nhiệt bằng không khí. Trong một số bộ chia nhựa có thể thêm 1 tấm cách ly ở các bề mặt có gắn thiết bị gia nhiệt để hạn chế bức xạ nhiệt. Thường các tấm đệm làm bằng vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp như titan, gốm. Hình 2.60 Cách ly nhiệt hệ thống khuôn dẫn nóng. Các khuôn dẫn nóng không cách ly tốt sẽ bị thất thoát nhiệt năng do dẫn nhiệt. Để hạn chế nhiệt lượng thất thoát từ bộ chia nhựa bởi đối lưu hay bức xạ nhiệt thì cần đánh bóng các bể mặt tốt. Nếu ta sử dụng các tấm phản xạ bằng AC giữa bộ chia nhựa và các tấm khuôn thì có thể tiết kiệm nhiều nhiệt lượng. Bên cạnh việc cách ly nhiệt với hệ thống kênh dẫn nóng, các tấm khuôn cần được bố trí hệ thống làm mát thích hợp để giữ nhiệt độ tấm khuôn ở mức tối ưu. Hệ thống làm mát là hệ thống kênh dẫn chất làm mát (thường là nước) vào trong khuôn để điều khiển nhiệt độ khuôn. Nhiệt độ khuôn cần giữ mức tối ưu vì nó ảnh hưởng nhiều đến toàn bộ hệ thống trong kênh dẫn nóng, đặc biệt bảo đảm giãn nở khuôn do nhiệt hợp lý. Hơn nữa nhiệt độ các tấm khuôn chứa lòng khuôn và lõi sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cũng như chất lượng bề mặt, độ cong vênh, độ co rút… Nếu sử dụng các miếng ghép làm miệng phun hay lòng khuôn thì cũng cần bố trí các đường kênh nước xung quanh 1 cách thích hợp. Hình 2.61 Bố trí hệ thống làm mát trong khuôn dùng kênh dẫn nóng 3.6 Hệ thống dẫn hướng: Hệ thống dẫn hướng gồm chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng. Hình 3.56: Hệ thống dẫn hướng trên khuôn. 3.6.1 Chốt dẫn hướng: a) Loại trơn (không có vai): b)Loại có vai: 3.6.2 Bạc dẫn hướng a) Loại trơn: b) Loại có vai: 3.7 Thiết kế hệ thống làm nguội: Để điều khiển nhiệt đọ khuôn và thời gian làm nguội ngắn, cần phải biết đặc hệ thống làm nguội chổ nào và dùng hệ thống làm nguội nào. Điều này rất quan trọng vì thục tế là thời gian làm nguội chiếm 50-60% toàn bộ thời gian của chu kỳ phun khuôn. Do đó làm cho quá trình làm lạnh có hiệu quả rất quang trọng để làm giảm thời gian của cả chu kỳ. Mục đích :điều khiển nhiệt độ khuôn để có dòng chảy nhựa êm chảy vào khuôn. Để tránh làm nguội quá nhanh , về lý thuyết tốt nhất giữ nhiệt độ khuôn cao ở cuối dòng chảy. Những lưu ý khi thiết kế hệ thống làm nguội: Những kênh 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 nguội phải đặt gần nhau, cũng chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn. Đường kính kênh làm nguội phải lớn hơn 8mm và giử nguyên như vậy để tránh tốc độ chảy của chất lỏng đang làm nguội khác nhau do đường kính của kênh almf nguội khác nhau. Nên chia hệ thống làm nguội ra nhiều vòng làm nguội để tránh các kênh làm nguội qua dài dẫn đến sự 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 việc làm nguội những phần dày của sản phẩm. Tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quang trọng. Đảm bảo làm nguội đồng đều cho toàn bộ sản phẩm. Do đó, cần chú ý đến việc làm nguội những phần dày nhất của sản phẩm. Kênh dẫn nguội nên được đặt gần mặt phân khuôn khi có thể để làm nguội tốt hơn. Nhiệt chênh lệch giữa đầu vào và ra nằm trong khoảng 2 đến 3oC . Thông thường nhiệt độ đầu vào nên thấp hơn nhiệt độ khuôn mà ta mong muốn là 10-20oC. Nhiệt chênh lệch giữa chất lỏng làm nguội và thành kênh dẫn nên nằm trong khoảng 2-5o là tốt nhất(theo tài liệu moldflow). Nên chia kênh dẫn làm nguội thành nhiều vòng làm nguội. Không nên thiết kế chiều dài kênh làm nguội quá dài vì dễ làm mất áp lực và tăng nhiệt trên nó khiến > 3oC. Kênh làm nguội phải được khoan để có độ nhám tạo ra sự chảy rối trong kênh Vị trí của bộ phận làm nguội: Phụ thuộc vào kích thước sản phẩm và sự khác nhau về độ dày thành. Nói chung, bộ phậ làm nguội đặt ở chỗ mà nhiệt khó truyền từ nhựa nóng qua thân khuôn. Viêc làm nguội phải như nhau trên toàn bộ sản phẩm. Phân loại: a) Làm nguội bằng khí: khuôn được làm nguội bằng khí nhờ vào sự bức xạ nhiệt của thép làm khuôn ra môi trường xung quanh. Làm nguội bằng nước hoặc hỗn hợp ethylene glycol và nước: Đây là phương pháp được dùng rộng rãi hiện nay. Theo phương pháp này, khuôn được làm nguội nhờ vào các kênh dẫn chứa chất làm nguội được bố trí trong các tấm khuôn. Yêu cầu đối với chất lỏng làm nguội: Loại chất lỏng làm nguội phải được lựa chọn phù hợp với yêu cầu giải nhiệt cho từng khuôn sản phẩm. Nhiệt độ dầu váo của chất lỏng tùy thuộc vào yêu cầu về tốc độ làm nguội của sản phẩm. Tốc độ dòng chảy phải đủ lớn để đạt tới trạng thái chảy rối giúp cho sự hấp thu nhiệt của chất lỏng được tốt hơn. Các chi tiết khuôn cần làm nguội: Làm nguội tấm khuôn: làm nguội trong tấm khuôn là một trong những hệ thống thông thường nhất chủ yếu được dùng cho các sản phẩm nhỏ. Việc chọn khoảng cách từ kênh dẫn tới lòng sản phẩm và khoảng cách giữa các kênh dẫn phụ thuôc vào vật liệu. Nếu ta gọi d là đường kính kênh dẩn, Blà khoảng cách giữa các kênh dẫn; C là khoảng cách từ kênh dẫn tới lòng khuôn thì ,sau khi biết d qua bảng sau: Bề dáy sản phẩm Đường kính kênh làm nguội(d) >2 mm 8mm-10mm >4mm 10mm-12mm >6mm 10mm-16mm Ta suy ra được B và C theo nguyên tắc: Với thép: C=1d B=3d Với đồng: C=1,5d B= 4d Với nhôm: C=2d B=5d Hình –làm nguội tấm khuôn. Làm nguội lõi (chày khuôn): Lõi thường bị bao phủ bởi lớp nhựa nóng và việc truyền nhiệt đến phần khacscuar khuôn là cả vấn đề. Để làm được điều này, cách đơn giản là làm lõi bằng vật liệu có độ dãn nhiệt cao như đồng hay đòng berilium. Nhược điểm là độ bền thấp. Một phương pháp tốt hơn là dặt các kênh làm nguội trrong lõi. Ưu điểm của phương pháp này là nhiệt độ có thể điều khiển được bằng sự tăng giảm nhiệt độ của dòng chất lỏng . Trong quá trình ép phun, lõi khuôn và lòng khuôn luôn tiếp xúc trực tiếp với nhựa nóng. Do đó, nếu muốn sản phẩm nguội nhanh, thời gian làm nguội ngắn lại, giảm chu kỳ ép phun thì nhất thiết ta phải làm nguội chúng. Một số hệ thống làm nguội lõi và những biến cố : Đây là mô hình làm nguội lõi hiệu quả cao, nhưng chú đến chổ nối của các kênh nguội làm nguội. thứ nhất không có cắt sau nghĩa là nút chặn phải rất phẳng liền với lõi. Làm nguội lòng khuôn: Lòng khuôn có thể làm nguội tốt vì có sự dẫn nhiệt tốt đến các phần khác của khuôn. Làm nguội chốt ((hay lõi khuôn có kích thước nhỏ): Làm nguội chốt khó hơn làm nguội lõi vì thật ra việc truyền nhiệt đến các phần khác của khuôn rất khó. Hình 3.40- Giới thiệu hệ thống làm nguội chốt đơn giản nhất. Ngoài ra ta có thể làm nguội trực tiếp lên chốt hay làm nguội trong chốt nhưng chốt sẽ bị yếu đi. Hình 3.41-làm nguội trực tiếp chốt. - Đối với những chốt quá nhỏ ta có thể dùng khí để làm nguội chốt hoặc dùng hẳn chốt làm bằng đồng hay đồng beryllium vì giải nhiệt tốt. Hình 3.71: Làm nguội bằng khí - Đối với những chốt lớn hơn () ta có thể dùng ống dẫn nhiệt từ chốt xuống kênh làm nguội để giải nhiệt. Hình 3.72: Làm nguội bằng ống dẫn nhiệt. Các kiểu bố trí kênh làm nguội: Bố trí theo từng kênh riêng biệt. Hình 3.73: Bố trí kênh dẫn nguội theo từng kênh riêng biệt. Bố trí kiểu vòng một cấp. Hình 3.74: Bố trí kênh dẫn nguội kiểu vòng một cấp. Bố trí kiểu vòng nhiều cấp. Hình 3.75: Bố trí kênh dẫn nguội kiểu vòng nhiều cấp. Tính toán hệ thống làm nguội: Mục đích: Làm nguội đồng đều sản phẩm nhựa. Đạt đến nhiệt độ dỡ khuôn cần thiết để tiếp tục chu kỳ ép phun. Giảm thời gian chu kỳ. Hệ thống giải nhiệt được thiết kế hợp lý sẽ tăng cường cơ tính cho chi tiết, giảm áp suất dư, giữ được độ chính xác của chi tiết. Một số nguyên tắc dựa trên kinh nghiệm thực tiển về thiết kế hệ thống giải nhiệt. Chất làm nguội phải chạy trong kênh dẫn thì làm nguội mới hiệu quả. Nếu chất lỏng mà không được di chuyển(bị tắt nghẹt..) thì không thể giải nhiệt. Tấc cả lòng khuôn và lõi phải được làm nguội với cùng mottj dòng chảy. Nhiệt độ của chất làm lạnh sẽ khác nhau khi chảy qua các lòng khuôn hay lõi và nhiệt độ sẽ tăng theo. Quá trình tính toán phân tích hệ thống giải nhiệt: Tính thời gian làm nguội: - các yếu tố chi phôi thời gian làm nguội: nhiệt độ khuôn, quá trình trao đổi nhệt, hình dáng của chi tiết thiết kế. Theo công thức(8.6) sách Hơ to make injection mold- nhà sản xuất hansfer, thời gian làm nguội được tính: Trong đó: : thời gian làm nguội. s : bề dày của chi tiết. : nhiệt độ nóng nhựa chảy. : Nhiệt độ trung bình thành khuôn. : nhiệt độ mở khuôn lớn nhất. a : hệ số khuyết tật nhiệt . k : hệ số khuyết tật của nhựa(cal/sec/). : trọng lượng riêng của nhựa(g/). : nhiệt dung riêng của nhựa. Tính nhiệt lượng chi tiết truyền qua khuôn: Tổng nhiệt lượng truyền qua chi tiết: Lượng nhiệt truyền qua khuôn trong 1s: : Giá trị chênh lệch enthalpy. Thí dụ: Nhiệt độ ban đầu của nhựa khi phun vào khuôn là =250. Nhiệt độ mở khuôn là : = 80 = 630 (J/g). Khối lượng riêng của nhựa: = 0.83 (g/) S= 3mm = 46536 mm.diện tích bề mặt chi tiết. : chu kỳ phun ép : thời gian nguội. : thời gian để đóng mở khuôn và đẩy chi tieets ra khỏi khuôn, thời gian này không đáng kể. Nhiệt phân bố trên khuôn :. Bỏ qua nhiệt độ . Lưu lượng dòng chảy qua kênh làm nguội: Khi chúng ta xác định được dòng nhựa phân bố q, nhân lượng nhiệt này với diện tích chi tiết , ta tính được lượng nhiệt mà chất làm nguội láy đi để làm nguội chi tiết. Lưu lượng dòng chảy được tính theo công thức: . : Trọng lượng riêng của nước làm nguội. : nhiệt dung riêng của lãnh chất, =4.17 KJ/KgC. <=5 là độ chênh nhiệt độ của nước đầu vào và ra. Do đó ta khống chế độ chênh nhiệt = 4C. Ta phải khống chế độ chênh nhiệt độ, không cho quá lớn để cho chi tiết được nguội đồng đều. Xác định đường kính kênh dẫn: Hiệu quả trao đổi nhiệt của chất làm mát khi chảy qua khuôn sẽ tăng khi chuyển từ dòng chảy tầng sang dòng chảy rối. dòng chảy tầng chảy dọc theo kênh dẫn không khuấy trộn dược dòng lưu chất, nên các chất lớp ngoài của chất làm mát tiếp xúc với kim loại sẽ được gia nhiệt, nhưng tại tâm dòng chảy vẫn còn lạnh. Ngược lại, dòng chảy rối liên tục khuấy trộn dòng chảy theo hướng kính nên nhiệt sẽ được tro đổi theo hai cách|.là đối lưu và dẫn nhiệt. Do đó để làm nguội hiệu quả , dòng chảy chất làm mát phải la chảy rối. Dòng chảy rối được xác định bằng hệ số Reynolds(Re): . - hệ số nhớt động học(m/s); hệ số nhớt động lực học. Đối với lưu chất làm lạnh là nước ta có công thức: . Hệ số Re càng lớn càng tốt(2300< Re<40000).Từ đây ta tính được đường kính ống dẫn làm mát: . . : lưu lượng nước chảy trong ống một ống. V : vận tốc chảy của chất làm mát (m/s). D : đường kính kênh dẫn|(m). Hế số nhớt động học v và động lực học của nước tùy thuôc vào nhiệt độ cho trong bảng sau: Nhiệt độ t(C) Hệ số nhớt động lực học (N s/m)x10 Hệ số nhớt động học v Khối lượng riêng Kg/m 0 1.787 1.787 999.9 5 1.519 1.519 1000 10 1.307 1.307 999.7 20 1.002 1.004 998.2 30 0.798 0.801 995.7 40 0.653 0.658 992.2 50 0.547 0.553 988.2 60 0.467 0.475 983.2 70 0.404 0.413 978.8 80 0.355 0.365 971.8 90 0.315 0.326 965.3 100 0.282 0.294 958.4 3.8 Hệ thống thoát khí: Khi nhựa phun vào lòng khuôn thì toàn bộ khí trong lòng khuôn phải thoát ra ngoài. Nếu bố trí hệ thống thoát khí không tốt sẽ làm cho sản phẩm sau khi ép phun có thể bị lỗ khí (Air trap), các vết cháy trên bề mặt (burn mark), không điền đầy hoàn toàn (short shot) và đường hàn (weld line). Như vậy hệ thống thoát khí rất quan trọng vì nó cũng phần nào quyết định sự định hình và tính thẩm mỹ cho sản phẩm. Hình 3.102: Sản phẩm bị phế phẩm do thoát khí không tốt. Hình 3.103: Lòng khuôn được điền đầy hoàn toàn nhờ thoát khí tốt Hệ thống thoát khí được dùng phổ biến nhất là các rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn và mặt mài quanh ty lói sản phẩm. Ngoài ra khí trong khuôn cũng có thể thoát ra ngoài qua các khe hở nhỏ của hệ thống trược, phần ghép… 3.8.1 Thiết kế rãnh thoát khí trên mặt phân khuôn: Các rãnh thoát khí nên được bố trí ở những chỗ mà vật liệu được điền đầy sau cùng để tránh kẹt khí gây ra các vết cháy hoặc sản phẩm không được điền đầy hoàn toàn. Chiều sâu của rãnh thoát khí nên tuân thủ theo kích thước khuyên dùng để tránh sản phẩm bị bánh tráng. Bảng tra chiều sâu t cho một số loại nhựa: Loại nhựa Chiều sâu t (mm)/(inch) Polystyrene 0,02 – 0,05/ 0,001 – 0,002 ABS 0,04 – 0,06/ 0,0015 – 0,0025 PC/ABS 0,02 – 0,05/ 0,001 – 0,002 Polycarbonate 0,02 – 0,05/ 0,001 – 0,002 Polyetylene 0,01 – 0,02/ 0,0005 – 0,001 3.8.2 Mặt mài trên ti lói: ta có thể lợi dụng ti đẩy lõi để làm nơi thoát khí khi đó ta gia công ti một tí. Hình 3.106: Kích thước mặt mài khuyên dùng trên ty lói 3.9 Hệ thống đẩy: Sau khi sản phẩm trong khuôn được làm nguội, khuôn được mở ra. Lúc này, sản phẩm vẫn còn dính trên tấm khuôn động do sự hút của chân không nên cần hệ thống đẩy để đẩy sản phẩm rớt ra. Chú ý: không nên làm khoaangr đẩy quá dài. Chốt đẩy đôi khi rất nhỏ và nếu khoabgr đẩy quá dài, chúng sẽ làm yếu hệ thống đẩy. 3.9.1 Các loại hệ thống đẩy thường dùng: a) Hệ thống đẩy dùng chốt đẩy: Các chốt đẩy được gia công rất chính xác và được chọn theo tiêu chuẩn. Thông thường, các chốt đẩy chỉ được gia công chính xác ở phần dẫn hướng và được lắp theo hệ thống trục. Độ cứng của thân chốt khoảng 60-65 HRC, độ cứng trên đầu chốt khơngr 30-35 HRC. Hình 3.107: hệ thống đẩy. Một số loại chốt đẩy. b) Hệ thống đẩy dùng lưỡi đẩy: Lưới đẩy dùng để đẩy những sản phẩm có thành mong và hình dạng phức tạp. Trong trường hợp nếu ta dùng chốt đẩy tròn thì sẽ không hiệu quả vì không có đủ lực đẩy, hoặc nếu đủ lực thì sản phẩm có vết hằn sâu vào Hình 3.108: Hệ thống đẩy dùng lưỡi đẩy c) Hệ thống dùng ống đẩy: Ống đẩy dùng để đẩy những sản phẩm có dạng tròn xoay hoặc tấm mỏng Hình 3.109: Hệ thống dùng ống đẩy d) Hệ thống đẩy dùng tấm tháo: Tấm tháo dùng để tháo những sản phẩm dạng hình trụ tròn xoay hay hình hộp chữ nhật có bệ dày thành mỏng. Khuôn sử dụng hệ thống này, sản phẩm sẽ không có dấu vết chốt đẩy nên đảm bảo được tính thẩm mỹ. Hình 3.111: Hệ thống đẩy dùng tấm tháo. e) Hệ thống đẩy dùng khí nén: Đối với những sản phẩm như xô, chậu…có những lòng khuôn sâu, khi sản phẩm nguội thì chân không trong lòng khuôn và lõi khuôn là rất lớn nên sản phẩm khó có thể thoát khuôn được. Do đó, cần có một lực đẩy lớn và phân bố đều để đẩy sản phẩm thoát khuôn. Lời khuyên là ta nên dùng lực thoát khí nén kết hợp với tấm tháo để đẩy sản phẩm. Hình 3.112: Hệ thống đẩy dùng khí nén kết hợp với tấm tháo. Hình 3.113: Cấu tạo van khí Nếu cảm thấy rờm rà khi thiết kế thêm tấm tháo thì ta có thể bố trí hai dòng khí qua hai van khí trên cả hai tấm khuôn để đẩy sản phẩm Hình 3.114: Thổi khí trên cả hai tấm khuôn để đẩy sản phẩm Hình 3.115: Hai kiểu van khí thường dùng 3.9.2 Điều khiển tấm đẩy a) Gia tốc thêm cho một chốt đẩy Trong hệ thống đẩy có dùng thêm cơ cấu thanh răng bánh răng để gia tốc thêm cho chốt đẩy. Hệ thống đẩy có gia tốc giúp sản phẩm rời khuôn nhanh hơn Hình 3.116: Hệ thống đẩy gia tốc thêm cho một chốt đẩy Hình 3.117: Bộ gia tốc 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 là hệ thống thanh rang bánh răng sẽ điều khiển một tấm đẩy phía trên Hình 3.118: Hệ thống đẩy có gia tốc thêm cho tấm đẩy trên Hình 3.119: Bộ gia tốc thêm cho tấm đẩy trên c) Tấm đẩy có đòn bẩy Tấm đẩy được lắp thêm đòn bẩy để tăng chiều cao đẩy ở một phía giúp sản phẩm rơi ra khỏi khuôn một cách dễ dàng Hình 3.120: Tấm đẩy có đòn bẩy Hình 3.121: Bộ đòn bẩy d) Đẩy kép Đối với những sản phẩm có hình dạng phức tạp, cần phải đẩy tuần tự thì ta dùng hệ thống đẩy kép. Hình dưới đây thể hiện một hệ thống đẩy kép dùng lò xo rất đơn giản Hình 3.122: Các giai đoạn đẩy trong hệ thống đẩy hai tầng dùng lò xo 3.9.3 Các hệ thống đẩy đặt biệt a) Đẩy hai tầng * Kiểu 1 Hình 3.123 - 1), 2), 3): Quá trình đẩy của chốt đẩy hai tầng loại I * Kiểu 2 Hình 3.124 - 1), 2), 3): Quá trình đẩy của chốt đẩy hai tầng loại II b) Hệ thống đẩy kênh dẫn trong khuôn ba tấm Cơ cấu hoạt động nhờ hệ thống điều khiển bằng khí nén giúp đưa kênh dẫn rơi ra khỏi khuôn một cách dễ dàng Hình 3.125: Cơ cấu đẩy kênh dẫn trong khuôn ba tấm Hình 3.126 - 1), 2), 3), 4): Nguyên lý hoạt động của cơ cấu. 3.9.4 Một số điều cần lưu ý khi thiết kế hệ thống đẩy - Tấm đẩy hầu như luôn được lắp ở nữa khuôn di động. Trừ một số trường hợp đặc biệt, tấm đẩy được đặt ở nữa khuôn cố định - Các chốt đẩy hay lưỡi đẩy nên bố trí ở góc, cạnh, gân của sản phẩm - Hành trình đẩy nên bằng chiều sâu lớn nhất của sản phẩm theo hướng mở khuôn cộng thêm - Các đỉnh chốt đẩy nên nằm ngang muc71so với mặt phân khuôn để đảm bảo không để lại vết trên bề mặt sản phẩm. Tuy nhiên trên thực tế, một số sản phẩm có các vết chốt đẩy trên bề mặt nhưng vẫn chấp nhận được vì chúng nằm ở mặt khuất của sản phẩm. Khoảng chênh lệch giữa đỉnh chốt và mặt phân khuôn có thể chấp nhận được là - Độ dày tấm đẩy có thể chọn theo diện tích mặt sản phẩm. Tham khảo bảng sau: Diện tích mặt sản phẩm () Độ dày tấm đẩy () 5 12 10 15 25 20 50 30 100 50 3.10 Cơ cấu điều khiển chuyển động khuôn nhiều tầng: Dựa trên nền tảng khuôn cơ bản cơ cấu khuôn ở trên chúng ta thấy rằng để đãm bảo hai tầng của khuôn mở đồng thời và quá trình chuyển đông mở khuôn của các tấm khuôn được thực hiện thì ta cần sử dụng một số cơ cấu cơ khí để liên kết chúng và tạo ra chuyển động mở khuôn. Sơ đồ mở khuôn: 3.10.1 Thanh răng và bánh răng: Để liên kết hai chuyền động ngược chiều với nhau chúng ta có thể sử dụng một số cơ cấu cơ khí sau: Ưu điểm : Kết cấu đơn giản . Có khả năng chụi tải trọng cao. Có thể dùng để mở ren cho bộ khuôn ren. Dùng để điều khiển chuyển động của khuôn. Cần chính xác trong chế tạo. Nhược điểm: Chóng mòn nếu không thiết kế cũng như tính toàn hợp lý. Giá thành chế tạo đắc. 3.10.2 Cơ cấu đòn bẩy: Đây là cơ cấu phồ biến vì đơn giản nhưng khá hiệu quả trong việc tạo chuyển động mơ khuôn hay đóng khuôn. Ưu điểm: Kết cấu đơn giản. Gọn nhẹ. Dễ vận hành. Chế tạo không quá phức tạp. Nhược điễm: Không có khả năng chụi được khối lượng của khuôn. Chỉ sử dụng đối với khuôn nằm ngang. Hình .. cơ cấu đòn bẩy. Hình ứng dụng cơ cấu đòn bẩy mở khuôn 4 tầng. 3.10.3 Cơ cấu khóa:(latch lock) Đây là những bộ khóa dạng thanh trượt có bi (hay cam) dùng để tự đông mở các tấm khuôn trong các bộ khuôn nhiều tấm(ít nhất là ba tấm) theo trật tự nhất định. Có rất nhiều loại khóa mà nha cung cấp cho chúng ta. Ví dụ của hãng HASCO. Phân loại: có 5 loại cơ bản. Z170 loại có then cài,trong đó có chìa là mottj thanh có vấu, thanh điều khiển mang cam. Z171 loại có cam trượt, trong đó chìa là một thanh mang chốt dò, ổ điều khiển là thanh mang cam năm song song nhau. Z172 loại tròn, trong đó chìa và ổ điều khiển lồng nhau. Z173 loại tròn, trong đó chìa và ổ điều khiển lồng nhau. Z174 loại dẹt, trong đó chìa và ổ điều khiển lồng nhau. Hình …. Các loại Latch lock. 3.12 Hệ thống hồi: Hệ thống hồi có chức năng đưa tấm đẩy lùi về phía sau và giữ cố định tấm đẩy trước khi khuôn đóng hoàn toàn. Để hồi tấm đẩy trở về ta có thể dùng chốt hồi hoặc chốt khuỷu (toggle – lock ). Hệ thống hồi dùng chốt hồi: Chốt hồi có lò xo: đôi khi đối với những khuôn nhỏ và đơn giản ta không dùng đến lò xo: Hệ thống hồi dùng chốt khuỷu