Tiểu luận: Gas assist injection molding ép phun có khí hỗ trợ

NKT NKT 0 Báo cáo tiểu luận: GAS ASSIST INJECTION MOLDING ÉP PHUN CÓ KHÍ HỖ TRỢ Ngày: 05/04/2012 GVHD: Thực hiện: PGS.TS Thái Thị Thu Hà Nguyễn Khoa Triều (11040403) Trần Văn Linh (11046108) Trần Quang Chiếu (11040384) NKT NKT 1 CONTENT Đặt vấn đề1 Sự hình thành và phát triển của GAIM2 Tổng quan về GAIM3 Các quy trình trong GAIM4 Vị trí lỗ phun khí5 Các kỹ thuật điều khiển quá trình GAIM6 Các chất khí dùng trong GAIM7 Những tiến bộ và hạn chế của GAIM8 Nhựa dùng cho GAIM9 Những lưu ý khi thiết kế chi tiết10 Việc ứng dụng kỹ thuật GAIM11 Một số nét chính về khuôn dành cho GAIM12 Xu thế phát triển của GAIM13 Phụ lục14 NKT NKT 2 1. Đặt vấn đề: Ngày nay, khoa học kỹ thuật càng phát triển, càng đòi hỏi những chi tiết phức tạp, có độ chính xác cao nhưng giá thành phải hạ. Do đó, các nhà sản xuất, các nhà khoa học phải tìm ra những công nghệ sản xuất mới để đáp ứng những nhu cầu trên. Ép phun có khí hỗ trợ là một kỹ thuật được phát triển từ ép phun truyền thống, kỹ thuật này khắc phục được một số vấn đề mà ép nhựa truyền thống gặp phải. Nó cũng cho phép thiết kế và sản xuất được những chi tiết mà ép nhựa truyền thống không thể làm được. Ép phun có khí hỗ trợ đã xuất hiện hơn 45 năm về trước tại nước Đức. Kỹ thuật này bắt đầu được ứng dụng hơn 20 năm trước, và đã có những cải tiến quan trọng khoảng 10 năm gần đây. Nhưng ở Việt Nam ta, kỹ thuật này còn mới mẻ và chưa được ứng dụng rộng rãi. Nhằm mục đích tìm hiểu thêm về kỹ thuật này đồng thời cũng giúp những ai chưa nắm rõ về kỹ thuật này có cái nhìn tổng quát về ép phun có khí hỗ trợ, nhóm 7, lớp CTM 2011 với sự hướng dẫn của PGS.TS Thái Thị Thu Hà xin được thực hiện tiểu luận, đề tài: GAS ASSIST INJECTION MOLDING ÉP PHUN CÓ KHÍ HỖ TRỢ NKT NKT 3 2. Sự hình thành và phát triển của GAIM Ernst Friederich của Rohm GmbH ở Darmstadt, Đức, là người đầu tiên phát minh ra một quá trình đúc chi tiết rỗng không cần các quá trình trên. Các bằng sáng chế ban đầu nộp tại Đức (Đức bằng sáng chế 2501314, ban hành 1975) đã nêu quá trình như sau: “Một phương pháp để làm một chi tiết rỗng hình thành từ ép phun một loại nhựa nhiệt dẻo, phương pháp bao gồm việc bơm một lượng nhựa nóng chảy đủ cho việc hình thành chi tiết rỗng từ một vòi phun vào một khuôn, bơm khí áp lực cao qua vòi phun đó để nhựa nóng chảy mở rộng và phân bố đều trên các bề mặt của khuôn, theo đó, phần rỗng được hình thành bên trong chi tiết, khí cũng góp phần làm mát chi tiết rỗng để nhiệt độ xuống dưới điểm nóng chảy của nhựa, sau đó mở bên trong của chi tiết rỗng để cân bằng áp lực trong và áp lực môi trường xung quanh, và sau đó mở khuôn để lấy chi tiết rỗng đã thành hình. Hình 1.1 minh họa các khái niệm trên.” NKT NKT 4 2. Sự hình thành và phát triển của GAIM Hình 1.1. Bằng sáng chế US4101617, Ernst Friederich, phụ lục 10. NKT NKT 5 2. Sự hình thành và phát triển của GAIM Hình 1.2. Sơ đồ phả hệ của GAIM, xuất phát từ Ernst Friederic. NKT NKT 6 2. Sự hình thành và phát triển của GAIM Alliance Gas Systems Incoe Corporation Asahi Chemical Industry (Gas Press Injection Molding, GPI) Hettinga (HELGA) Battenfeld (Airmould) HYDAC Bauer Gas Systems Krauss Maffei Cinpres Limited Mitsubishi Engel (Gasmelt) Nitrojection Ferromatik Milacron (Airpress III) Preba GAIN Technologies R.F. Topla Gas Injection Limited Uniloy Milacron Bảng 1.2 Các nhà cung cấp thiết bị trên toàn cầu NKT NKT 7 3. Tổng quan về GAIM Ép nhựa có khí hỗ trợ liên quan đến việc phun một shot nhựa còn thiếu vào khoang (của khuôn). Khi khí được đưa vào trong vật liệu nóng chảy, nó theo con đường ít trở lực nhất vào các phần của chi tiết với áp suất thấp và nhiệt độ cao. Khi khí đi vào chi tiết, nó tạo ra một lõi rỗng bằng cách thay thế vật liệu nóng chảy (Hình 1.3). Vật liệu này nóng chảy điền vào phần còn lại của chi tiết này. Sau khi điền đầy đủ, khí được chuyển sang áp lực cao, choán lấy phần co rút thể tích của vật liệu. NKT NKT 8 3. Tổng quan về GAIM Có hai loại cơ bản của kỹ thuật khí hỗ trợ ép phun: Giữ cố định thể tích (đẳng tích) và giữ cố định áp lực (đẳng áp). NKT NKT 9 3. Tổng quan về GAIM Phương pháp HELGA (Hettinga Liquid Gas Assist) tương đối khác các phương pháp trước đó, phương pháp này sử dụng khí nitơ. Hình 1.8 minh họa quá trình này. Một phần của nhựa được bơm vào khoang sau đó là phun nhựa có chứa một chất lỏng đặc biệt, độc quyền. Khi tiếp xúc với nhựa nóng chảy, chất lỏng được chuyển thành một chất khí, tạo ra các lòng trống. Dòng chất lỏng bị ngắt, và quá trình phun nhựa tiếp tục. Khí được chứa trong chi tiết và, tạo áp lực ra bên ngoài, giảm thiểu dấu hiệu co rút của sản phẩm. Khi chi tiết nguội đi, khí mất tác dụng và vẫn không hoạt động cho dù chi tiết được nung nóng. NKT NKT 10 4. Các quy trình trong GAIM a/ Short-Shot process: Quy trình ít nhựa Trình tự của quy trình: 1/ Khuôn đóng và một lượng nhựa với một khối lượng chính xác được phun vào hốc khuôn; 2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, khí được bơm vào trong nhựa nóng chảy để hoàn thành quá trình điền đầy và nén với khí; 3/ Khí sau đó tiếp tục được ép vào khuôn với áp suất nhất định để bù đắp cho sự co rút thể tích của nhựa khi nó nguội; 4/ Việc cân nhựa (lấy nhựa) trong máy ép nhựa có thể được bắt đầu ngay sau khi các điểm cấp nhựa đông đặc, hoặc sau khi van vòi phun được đóng lại; 5/ Khí được xả ra ngoài trước khi mở khuôn. Xin tham khảo file flash đính kèm cho trình tự của quy trình này. NKT NKT 11 4. Các quy trình trong GAIM a/ Short-Shot process: Quy trình ít nhựa Ứng dụng điển hình: Phương pháp Short-Shot được sử dụng để ép nhựa các chi tiết dày, tiêu biểu là các tay nắm và chi tiết hình ống. Cần chú ý các điểm vướng của nhựa tại đầu mút của quá trình phun nhựa, trước khi nhựa tiếp tục chảy, do có sự thúc đẩy của quá trình phun khí. Ưu điểm: Giảm đáng kể chi phí từ: 1/ Giảm trọng lượng chi tiết, và do đó giảm chi phí vật liệu; 2/ Giảm theo chu kỳ ép nhựa, và do đó giảm chi phí sản xuất; 3/ Giảm áp lực trong khuôn, và do đó ít mòn khuôn. NKT NKT 12 4. Các quy trình trong GAIM b/ Full-Shot process: Quy trình đầy nhựa Trình tự của quy trình: 1/ Sau khi đóng khuôn, nhựa được phun đầy hoặc gần đầy hốc khuôn, nhưng nhựa không được nén bằng máy ép nhựa; 2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, khí được bơm vào ở giai đoạn 1; 3/ Ở giai đoạn thứ 2, khí được bơm vào để bù đắp cho phần co rút thể tích của nhựa khi nguội; 4/ Áp suất khí được duy trì đồng đều trong chi tiết nhựa; 5/ Khí được xả ra ngoài hoặc rút ra trước khi mở khuôn; 6/ Việc cân nhựa (lấy nhựa) trong máy ép nhựa có thể được bắt đầu ngay sau khi các điểm cấp nhựa đông đặc, hoặc sau khi van vòi phun được đóng lại. “Full Shot” là phương pháp thường áp dụng cho các chi tiết trong đó có cả phần dày và mỏng. Khí chảy vào chi tiết theo đường ít trở kháng nhất là chỗ dày hơn nơi nhựa bên trong vẫn còn trong trạng thái nóng chảy. NKT NKT 13 4. Các quy trình trong GAIM b/ Full-Shot process: Quy trình đầy nhựa Ưu điểm: 1/ Xóa bỏ sinkmark, đường vân trên bề mặt sản phẩm; 2/ Không cần quá trình nén nhựa từ máy ép nhựa; 3/ Giảm áp lực trong khuôn lên đến 70%, và do đó giảm lực khóa khuôn cho phép ép được các chi tiết lớn hơn trên các máy nhỏ hơn; 4/ Giảm tiêu thụ điện năng; 5/ Giảm ứng suất đúc, và do đó cải thiện sự ổn định kích thước và chi tiết không bị méo. * Phương pháp này được bảo hộ bởi bằng sáng chế cấp cho CGI và Mitsubishi Gas Chemicals tại Nhật Bản. NKT NKT 14 4. Các quy trình trong GAIM c/ CGI’s PEP Plastic Expulsion Process: Quy trình CGI’s PEP Trình tự của quy trình PEP1: 1/ Sau khi đóng khuôn, nhựa được phun đầy hốc khuôn, nhựa được nén tạm thời bằng máy ép nhựa; 2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, van vòi phun đóng lại, khí được bơm vào để tiếp tục nén; 3/ Van PEP mở; 4/ Nhựa dư được tống ra hốc khuôn thứ cấp; 5/ Khí được xả ra ngoài hoặc rút ra trước khi mở khuôn đồng thời máy tiến hành cân nhựa. NKT NKT 15 4. Các quy trình trong GAIM c/ CGI’s PEP Plastic Expulsion Process: Quy trình CGI’s PEP Ưu điểm: 1/ Việc định lượng một cách chính xác lượng nhựa chưa nén để bơm vào hốc khuôn (như trong quá trình "Short Shot) là không cần thiết. Thời gian phun khí không phải là quan trọng; 2/ Áp lực từ các máy ép nhựa và / hoặc áp lực khí bảo đảm chi tiết có bề mặt, biên dạng tốt; 3/ Không có các điểm vướng của nhựa như trong phương pháp ngắn Shot-Shot; 4/ Cải thiện với lõi khí, trọng lượng giảm và thời gian chu kỳ ép giảm; 5/ Thích hợp cho hầu hết các nhựa nhiệt dẻo, bao gồm cả nylon chứa sợi thủy tinh; 6/ Thích hợp cho nhiều dạng hốc khuôn; 7/ Vị trí của cửa phun nhựa không quan trọng. NKT NKT 16 4. Các quy trình trong GAIM c/ CGI’s PEP Plastic Expulsion Process: Quy trình CGI’s PEP Trình tự của quy trình PEP2: 1/ Sau khi đóng khuôn, nhựa được phun đầy hốc khuôn, nhựa được nén tạm thời bằng máy ép nhựa; 2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, van vòi phun đóng lại, khí được bơm vào để tiếp tục nén; 3/ Van vòi phun mở; 4/ Nhựa dư được tống ra ngược trở lại xy lanh, lúc này trục vít xuay ngược về phía sau để lấy lại lượng nhựa dư này; 5/ Đến một thời điểm được xác định từ trước, van vòi phun đóng lại, quá trình nén của khí để bù co rút (co ngót) bắt đầu. 6/ Khí được xả ra ngoài hoặc rút ra trước khi mở khuôn đồng thời máy tiến hành cân nhựa. Một số tác giả gọi quy trình này là “Back-to-Screw process”, quá trình có sự trả nhựa lại vào trong xy lanh – trục vít. NKT NKT 17 4. Các quy trình trong GAIM c/ CGI’s PEP Plastic Expulsion Process: Quy trình CGI’s PEP 2 Ưu điểm: 1/ Nhựa bị tống ra trong chu kỳ trước sẽ được phun ép tạo sản phẩm trong chu kỳ tiếp theo và không phải nghiền lại hoặc nung lại vật liệu bị tống ra; 2/ Không cần quá trình cắt nhựa dư; 3/ Không cần van ngắt phía trong khuôn. NKT NKT 18 4. Các quy trình trong GAIM d/ EGM – External Gas Molding: Quy trình EGM, khí hỗ trợ phía ngoài * Bơm khí để tạo thành một lớp mỏng vi khí giữa một bề mặt nhựa và một bề mặt hốc khuôn liền kề; * Sử dụng khí để áp lực lên nhựa trong khi làm mát, đẩy nó về phía bề mặt hốc khuôn đối diện để cải thiện bề mặt sản phẩm. NKT NKT 19 4. Các quy trình trong GAIM d/ EGM – External Gas Molding: Quy trình EGM, khí hỗ trợ phía ngoài Lợi ích: 1/ Có thể loại bỏ các sinkmark, đường vân trên bề mặt sản phẩm; 2/ Hầu như loại bỏ ứng suất trong chi tiết ép nhựa và do đó không có sự biến dạng; 3/ Cải thiện sự ổn định kích thước 4/ Có thể làm giảm việc sử dụng vật liệu; 5/ Áp lực được sử dụng hiệu quả hơn, và do đó đòi hỏi ít áp lực hơn: - Giảm lực kẹp khuôn do đó giảm kích thước máy; - Giảm hao mòn trên khuôn mẫu; - Giảm điện năng tiêu thụ; 6/ Mở rộng khả năng thiết kế: - Gân dày hơn với thành chi tiết mỏng hơn; - Các bộ phận đa gân; - Các sản phẩm phẳng từ nhựa PP và PE. Ứng dụng điển hình: • Các tấm phẳng cho các thiết bị văn phòng; • Thùng máy tính; • Nội thất, mặt bàn … • Tấm panel ô tô; Thiết bị gia đình - ví dụ: Vỏ tủ lạnh. NKT NKT 20 4. Các quy trình trong GAIM e/ Khí hỗ trợ ngoài với áp suất chân không : Đối với một số loại nhựa nhiệt cứng, quá trình điền đầy không tốt, người ta có thể dùng quá trình hút chân không hỗ trợ. Người ta gắn đầu hút khí vào các đường thoát khí (air vent) của hốc khuôn (cavity). Áp suất âm này sẽ hỗ trợ cho áp suất phun của máy ép nhựa. Dòng nhựa chảy nhanh hơn, tránh hiện tượng đông cứng sớm của nhựa; đồng thời nó hút không khí trong cavity ra ngoài hỗ trợ quá trình điền đầy. Hạn chế: Có thể tạo nên ba vớ tại vị trí đường thoát khí. Quá trình này được sử dụng tại một số công ty Nhật, chưa thấy sử dụng rộng rãi. NKT NKT 21 5. Vị trí lỗ phun khí a/ Thông qua vòi phun của máy ép nhựa (Machine nozzle) Khí được đưa vào thông qua một vòi phun đóng ngắt (shut-off) đặc biệt gắn liền với xylanh chứa nhựa, đây là phương pháp ép nhựa có khí hỗ trợ "thông qua vòi phun" (Xem hình 1.9) Gas Assist Systems.AVI - YouTube.flv NKT NKT 22 5. Vị trí lỗ phun khí b/ Thông qua kênh dẫn nhựa (Resin delivery system) Khí được đưa vào hệ thống kênh dẫn nhựa (runner) hoặc cuống rót (sprue bushing) qua những pin khí được gọi là ép nhựa có khí hỗ trợ "qua kênh dẫn nhựa" (Xem hình 1.10). Với những chi tiết có cuống rót đồng thời là cổng phun (gate), các đường khí đều phải bắt nguồn từ cuống rót. Phương pháp làm cho cả kênh dẫn nhựa bị rỗng, có thể giúp để giảm số lượng của nhựa phải tái chế. NKT NKT 23 5. Vị trí lỗ phun khí c/ Bơm khí trực tiếp vào hốc khuôn (Mold cavity gas injection system) Khí được đưa trực tiếp vào hốc khuôn thông qua pin khí được gọi là phương pháp ép nhựa có khí hỗ trợ "in-article" (Xem hình 1.11). Các chi tiết ép nhựa với phương pháp này có thể được thiết kế với các kênh khí độc lập. Mỗi kênh cũng có thể có áp suất khí và kiểm soát thời gian độc lập. Các kênh khí không có được sự kết nối với nhau nhưng sẽ đòi hỏi một pin khí cho mỗi kênh. Chi tiết ép nhựa hoàn thành sẽ có một lỗ ở mỗi vị trí vòi phun khí. NKT NKT 6. Điều khiển dòng khí phun vào Có 2 phương pháp điều khiển dòng khí phun vào: • Điều khiển thể tích – Tạo áp suất khí không liên tục • Điều khiển áp suất - Tạo áp suất khí liên tục 1.1 Điều khiển thể tích 1.1.1 Nguyên lý hoạt động NKT NKT 6. Điều khiển dòng khí phun vào 6.1 Điều khiển thể tích 6.1.2 Đặc điểm - Áp suất khí bị ảnh hưởng bởi đường kính và chiều dài đầu phun khí, đầu nối vào khuôn và thể tích khuôn. - Không có quá trình giữ áp. - Áp suất khí thực trong khuôn không được điều khiển. NKT NKT 6. Điều khiển dòng khí phun vào 6.2 Điều khiển áp suất 6.2.1 Nguyên lý hoạt động 6.2.2 Đặc điểm - Tạo áp suất làm việc và duy trì áp suất không đổi trong quá trình phun khí - Có thể cung cấp áp suất cho một vài máy ép phun khác nhau. NKT NKT 6. Điều khiển dòng khí phun vào 6.3 Đường cong áp suất khí NKT NKT 7. Khí dùng trong quá trình GAIM - Khí nito thường được sử dụng trong quá trình GAIM . Không khí bình thường không được sử dụng vì có nhiều tạp chất, oxy nguyên tử ở áp suất và nhiệt độ cao sinh ra các phản ứng hóa học làm thay đổi đặc tính của vật liệu. - Ưu điểm của khí nito: + Nó là khí trơ nên không sinh ra các phản ứng hóa học. + Không độc hại, không cháy và chi phí thấp. NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM Hầu hết các hệ thống hiện nay sử dụng quá trình điều khiển áp suất. Trong phần này hệ thống GAIM của hãng Airmould được sử dụng để minh họa một hệ thống điều khiển áp suất điển hình. Hệ thống bao gồm 4 thành phần cơ bản: - Thiết bị tạo khí nito - Thiết bị tạo áp suất - Thiết bị điều khiển áp suất - Đầu phun NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.1 Thiết bị tạo khí nito Khí nito được lọc từ không khí xung quanh thông qua một hệ thống nhiều màng lọc khác nhau, lưu lượng khí sinh ra có thể đạt 100 – 450 l/ph. Thiết bị có thể được lắp đặt ở gần hoặc ở xa máy ép phun. NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.2 Thiết bị tạo áp suất Một máy có thể cung cấp khí nito cho một vài máy ép phun, áp suất làm việc có thể đạt 300bar. Thiết bị có thể được lắp đặt ở gần hoặc ở xa các máy ép phun. NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.3 Thiết bị điều khiển áp suất Một thiết bị điều khiển áp suất bao gồm hệ thống điều khiển liên kết với một hay nhiều modun điều chỉnh áp suất. Modun điều chỉnh áp suất có 2 loại: + Modun điều chỉnh áp suất (pressure control module) + Modun đơn (monomodule). NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.3 Thiết bị điều khiển áp suất -Modun điều chỉnh áp suất có kích thước khá nhỏ nên nó có thể được lắp đặt gần đầu phun khí do đó, ít tiêu hao khí nito. - Áp suất khí được điều chỉnh bằng van có độ chính xác cao, van có thể được điều khiển bằng điện hoặc bằng khí nén, dầu ép. Modun đơn có các đặc điểm giống modun điều chỉnh áp suất, điểm khác biệt ở đây là hệ thống điều khiển điện. -Modun đơn có chức năng giống như một modun điều chỉnh áp suất khi liên kết trong một thiết bị điều khiển áp suất (mobile control cabinet). -Modun đơn có thể làm việc độc lập và được lập trình bằng một thiết bị cầm tay. NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.3 Thiết bị điều khiển áp suất Tùy thuộc vào thiết kế của khuôn, các modun điều khiển áp suất khác nhau có thể được liên kết. - Nếu chỉ có một hoặc hai điểm phun khí thông qua đầu phun của máy hoặc modun phun khí lắp trực tiếp lên khuôn thì sử dụng một hoặc hai đơn modun với một thiết bị lập trình bằng tay là một giải pháp kinh tế hơn. NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.3 Thiết bị điều khiển áp suất Tùy thuộc vào thiết kế của khuôn, các modun điều khiển áp suất khác nhau có thể được liên kết. - Nếu có một vài modun phun khí trên khuôn, thì một thiết bị điều khiển áp suất cơ động sẽ được sử dụng, nó có thể điều khiển 8 modun điều chỉnh áp suất hoặc đơn modun. NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.4 Đầu phun khí Khí có thể được phun vào khuôn ở nhiều vị trí khác nhau - Khí được phun vào thông qua đầu phun của máy. - Khí được phun vào ở các vị trí khác nhau trên khuôn. 8.4.1 Đầu phun máy (Machine nozzle) NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.4 Đầu phun khí 8.4.2 Đầu phun trên khuôn (Machine injector) Đầu phun có kích thước nhỏ, độ chính xác cao, bao gồm 3 bộ phận chính: - Đệm kín – có chức năng đệm kín giữa khuôn và đầu phun. - Chốt và vỏ bao – hình thành một khe hở hình vành khăn, khe hở này phải đủ lớn để khí có thể được thổi vào trong khuôn nhưng phải đủ nhỏ để nhựa không thể lọt vào đầu phun. NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.4 Đầu phun khí 8.4.2 Đầu phun trên khuôn (Machine injector) + Cách lắp đặt: Lắp đặt trực tiếp trên khuôn: Lắp đặt trên giá đỡ đầu phun với dây nối NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.4 Đầu phun khí 8.4.2 Đầu phun trên khuôn (Machine injector) + Cách lắp đặt: Chú ý: Đầu phun phải được lắp theo hướng tháo khuôn hoặc phải được rút về trước khi mở khuôn. NKT NKT 8. Thiết bị dùng trong quá trình GAIM 8.4 Đầu phun khí 8.4.2 Đầu phun trên khuôn (Machine injector) + Phương pháp rút khí ra ngoài NKT NKT 9. Vật liệu: Nhựa nhiệt dẻo: Hầu hết các vật liệu nhựa nhiệt dẻo đều có khả năng sử dụng trong công nghệ khuôn ép phun có sự kết hợp của chất khí : Ví dụ PP, PE, PVC, PS, PC, PET... Các loại vật liệu có cấu trúc tinh thể như polypropylene , nylon và polybutylene terephtalate (PBT) có nhiều ưu thế hơn bởi vì chúng có điểm nóng chảy cao (sharp melt point ) và độ nhớt thấp, cho phép khí có thể xuyên qua dễ dàng. Sự lựa chọn vật liệu nên dựa trên những yêu cầu về đặc tính ứng dụng như độ cứng vững , độ bền ,đặc tính ở nhiệt độ sử dụng và độ bền hóa học. Cụ thể hơn, khi độ nhớt polymer tăng thì bề dày của kênh dẫn khí sẽ tăng. Ví dụ: polycarbonat và PBT. Độ nhớt polymer có thể thay đổi bằng cách thay đổi nhiệt độ nóng chảy của nó. Khi nhiệt độ nóng chảy tăng, độ nhớt giảm ,dẫn đến giảm bề dày của kênh dẫn khí. NKT NKT 9.Vật liệu  Nhựa nhiệt dẻo: PP PS PVC PC HDPE LDPE NKT NKT 9. Vật liệu Nhựa nhiệt rắn: Trong công nghệ ép phun có kết hợp chất khí thì vật liệu nhựa nhiệt rắn cũng có khả năng được sử dụng Tuy nhiên,chỉ có nhựa nhiệt rắn có dòng chảy tầng mới thích hợp cho công nghệ này,còn đối với nhựa nhiệt rắn có dòng chảy rối thì không phù hợp. Một số nhựa nhiệt rắn: phenolformaldehyde, urea formaldehyde, melamin formaldehyde , melamin phenol formaldehyde, polyester chưa no và nhựa epoxy. Nhìn chung, người ta tìm ra các loại vật liệu đệm chất vô cơ có dòng chảy tầng để sử dụng trong công nghệ ép phun có kết hợp chất khí. Những vật liệu chứa chất đệm vô cơ có dòng chảy trượt hay dòng rắn ,công nghệ ép phun có sự hỗ trợ của chất khí không được ứng dụng. Nếu chúng ta có ý định dùng công nghệ ép phun có sự hỗ trợ của chất khí đối với nhựa nhiệt rắn, thì chúng ta nên dùng mẫu thử để đánh giá khả năng tương thích của vật liệu tới quá trình NKT NKT 10. Các lưu ý khi thiết kế:  Tối ưu hóa sự thiết kế chi tiết cho công nghệ ép phun có khí hỗ trợ cần tập trung vào 3 vấn đề chính sau đây: + Tối ưu hóa cấu trúc của kênh dẫn + Kích thước kênh dẫn + Cân bằng sự điền đầy khuôn Cấu trúc của kênh dẫn khí trong lòng khuôn bao gồm vị trí của miệng phun khí và vị trí các kênh dẫn nhựa vào lòng khuôn . Bọt khí sẽ đi theo kênh dẫn mà trở kháng thấp nhất, áp suất thấp nhất,nhiệt độ cao nhất.  Cấu trúc kênh dẫn: Một kênh dẫn hay là một vùng có bề dày lớn hơn của chi tiết thường sẽ là nơi có nhiệt độ cao hơn vùng có bề dày mỏng hơn bởi vì lượng nhựa nóng nhiều hơn. Vùng có áp suất thấp nhất sẽ đặc trưng cho vùng của chi tiết mà có lượng đông đặc(packing) ít nhất. Kết quả dẫn tới là bọt khí đi theo đương dẫn mong muốn, điều này cần thiết cho sự điều khiển cho quá trình điền đầy nhựa cho khuôn vì thế áp suất thấp nhất trong lòng khuôn tồn tại gần cuối của mỗi kênh dẫn. Sự khác nhau về áp sẽ hút các bọt khí qua kênh dẫn ,đẩy nhựa vào các vị trí chưa được điền đầy. NKT NKT 10. Các lưu ý khi thiết kế  Một lưu ý khác trong cấu trúc kênh dẫn khí là tránh trường hợp kênh dẫn vòng kín. Kênh dẫn vòng kín sẽ dẫn tới kết quả là sự bịt kín các hạt vật liệu trong vùng kênh dẫn nơi mà bọt khí hội tụ NKT NKT 10. Các lưu ý khi thiết kế Kích thước kênh dẫn: Tỷ lệ kích thước kênh dẫn với kích thước tường danh nghĩa từ 2:1 đến 2.5:1 , đây xem như là một giới hạn dưới . Giới hạn trên dựa vào đặc điểm hình học của chi tiết và vị trí kênh dẫn trong chi tiết. Kênh dẫn lớn dẫn tới vùng xung quanh tường có thể hình thành các rãnh, điều này dẫn tới các vùng tường mỏng lân cận không được điền đầy. Một số hình dạng hình học kênh dẫn khí: NKT NKT 10.Các lưu ý khi thiết kế  Kích thước kênh dẫn không thích hợp dẫn tới nhiều vấn đề liên quan tới công nghệ ép phun có sự hỗ trợ của chất khí : +Đông tụ sớm (melt front freeze-off), +Sự phân ngón vào các vùng tường mỏng. +Rỗ khí (gas blow out). Sự đông tụ: Xuất hiện khi áp suất khí không đủ để đẩy nhựa vào các vị trí lòng khuôn chưa được điền đầy . Bởi vì áp suất khí nhỏ hơn nhiều so với áp suất nén trong khuôn ép phun tiêu chuẩn, chiều dài dòng đi qua những kênh dẫn mỏng tương đối ngắn. Nếu vùng sau cùng để điền đầy không nằm gần đầu của kênh dẫn khí thì sự đông tụ là hay xảy ra. NKT NKT 10.Các lưu ý khi thiết kế Sự phân ngón: Khí điển hình xuất hiện khi áp suất lòng khuôn thấp hơn áp kênh dẫn,thể hiện bên ngòai kênh dẫn . Ngòai ra, nhiệt độ của nhựa nóng chảy cao và sự phun khí sớm vào chi tiết cũng dẫn tới sự phân ngón khí này Rỗ khí : Xuất hiện khi bọt khí lan truyền qua nhựa nóng trước giai đoạn hoàn thành quá trình điền đầy khuôn. Có 2 nguyên nhân chính dẫn tới hiện tượng rỗ khí : Thứ nhất là sự phun nhựa không đủ điền đầy khuôn và thứ 2 là trường hợp khí được phun vào sớm . Hiện tượng phân ngón khí NKT NKT 10.Các lưu ý khi thiết kế: Cân bằng quá trình điền đầy khuôn: Là quá trình cần thiết khi trong khuôn có nhiều kênh dẫn hay là khi các kênh dẫn bị lệch. Trong quá trình thâm nhập khí ban đầu, bọt khí sẽ choáng chỗ nhựa trong kênh dẫn khí tới một vùng chưa được điền đầy trong khuôn. Vì vậy, đối với những chi tiết có nhiều kênh dẫn , việc cân bằng quá trình điền đầy khuôn là cần thiết. Nếu một vài kênh dẫn được điền sớm hơn các kênh dẫn khác thì sự thâm nhập khí xấu trong những kênh dẫn này sẽ thể hiện rõ. Một cách cân bằng quá trình điền đầy đúng là sự định kích thước kênh dẫn. Ví dụ, các kênh dẫn khí gần miệng phun sẽ nhỏ hơn bởi vì chúng điền trước và kênh dẫn khí xa miệng phun nhất sẽ lớn nhất để cân bằng sự điền đầy. NKT NKT 10.Các lưu ý khi thiết kế: Các chi tiết có dạng góc cong: Đối với dòng lưu chất xung quanh các góc của chi tiết đúc theo công nghệ ép phun có hỗ trợ khí phải được xem xét trong giai đoạn thiết kế để tránh hiện tượng góc trong mỏng. Khí đi qua một kênh dẫn cong có khuynh hướng theo đường đi ngắn nhất qua góc . Điều này có nghĩa là bọt khí sẽ ở góc trong dẫn tới là hình thành bề dày của tường chi tiết không bằng nhau . Để tránh hiện tượng bề dày của tường chi tiết ở góc trong mỏng hơn phía ngòai ta tạo kênh dẫn khí có bán kính lớn có thể. NKT NKT 10.Các lưu ý khi thiết kế Gân tăng cứng: Những chi tiết cần tăng độ bền hay độ cứng vững có thể được cải tiến bằng cách thêm các gân tăng cứng cho kênh dẫn khí hay tường danh nghĩa . Một gân tăng cứng thì hiệu quả hơn việc thêm cấu trúc cho các kênh dẫn khí trong chi tiết và sẽ không góp phần hướng dòng tác động lên cách mà các kênh dẫn rộng hơn sẽ tác động . Cả gân tăng cứng và kênh dẫn có thể kết hợp với nhau để tạo hiệu quả. Các gân tăng cứng trên đỉnh các kênh dẫn khí mang lại hiệu quả cao hơn các gân tăng cứng truyền thống bởi vì bề dày của chúng có thể hoàn toàn là một tường danh nghĩa 100%. NKT NKT 11.Ứng dụng  Các ứng dụng ban đầu của công nghệ ép phun có khí hỗ trợ là các tay vịn,bàn, ghế (lawn chair) . Khi kỹ thuật phát triển và kỹ thuật thiết kế tinh vi được đưa vào công nghệ ép phun có khí hỗ trợ thì các ứng dụng của công nghệ này trở nên đa dạng và phức tạp hơn.  Hiện tại,trong công nghệ ép phun có khí hỗ trợ, các chi tiết được chế tạo từ 30g-18kg vật liệu nhựa. Nguyên nhân sử dụng công nghệ này khá khác nhau đối với các chi tiết nhỏ. Ở đây, sự điều chỉnh dung sai và giảm warpage có thể điều chỉnh các yếu tố. Một điều đáng chú ý đối với các thành phần nhỏ là lợi ích đầu tư cho hệ thống là khó khăn , tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, tiết kiệm khối lượng và sự giảm thời gian chu kỳ sẽ trừ dần vào chi phí. NKT NKT 11.Ứng dụng  Khi so sánh với khuôn đúc mạ kẽm chuẩn, số thành phần lắp ráp cửa giảm từ 22 xuống 14 ,chi phí mỗi tay cầm giảm 1.3$, mỗi năm tiết kiệm 3 triệu USD. Khối lượng xe hơi giảm xuống 0.75kg  Một ví dụ điển hình của công nghệ ép phun có khí hỗ trợ là khối cửa một mẫu của hệ thống Delphi Interior và Lighting System NKT NKT 11.Ứng dụng:  Module này hợp nhất 61 chi tiết( đĩa bộ điều chỉnh cửa sổ sau, phụ kiện hệ thống dây buột, armrest support, speaker mounts) bộ phận mà trước kia thì được làm từ kim loại là phải lắp ráp với nhau.  Delphi ước tính chi phí tổng cộng với hệ thống “supper plug” thấp hơn 5%-10% các thành phần của chi tiết cửa tương tự.  Khối hợp nhất cũng giảm thời gian lắp ráp xe, độ ồn vận hành ít hơn, hạn chế ăn mòn, làm tăng tuổi thọ.  Sau đây là vài hình ảnh minh họa cho ứng dụng công nghệ này: NKT NKT 12. Khuôn dùng cho GAIM:  Khuôn ép phun có khí hỗ trợ là một dạng biến thể của khuôn ép phun thông thường. Vì vậy, khuôn ép cho quá trình này tương tự với trường hợp khuôn ép phun tiêu chuẩn thông thường. Vật liệu về cơ bản là giống nhau. Thép dụng cụ gia công được ứng dụng cho những sản phẩm năng suất cao,dung sai nhỏ và tính thẩm mỹ cao. Đối với các trường hợp sản phẩm năng suất thấp hay trung bình thì nhôm được sử dụng.  Khi thiết kế khuôn, điều quan trọng phải hiểu rất rõ về miệng phun,kênh dẫn hay các mục trong khuôn ép phun có khí hỗ trợ được sử dụng. Với kỹ thuật kênh dẫn và miệng phun,kích thước kênh dẫn phải lớn để tránh hiện tượng đông cửa phun trước khi phun khí. Điều này đặc biệt quan trọng đối với subgate hay tunnel gate(rãnh dầu đậu rót) là lớn hơn đối với các chi tiết đối xứng khi dùng công nghệ ép phun. NKT NKT  Edge gate hay fan gate nên tích hợp lại 1 kênh dẫn để cung cấp kênh dẫn khí sạch cho khuôn  Với hệ thống rót hay hệ thống phun khí, vị trí miệng phun khí là đặc trưng thiết kế quan trọng. Bởi vì miệng phun ắc hẳn có trong khuôn,vị trí đường làm mát hay một vài chức năng khác của khuôn có thể chịu ảnh hưởng. Một điều đáng lưu ý nữa đối với miệng phun khí là nó phải được định tại vị trí mà polyme sẽ bao phủ trong quá trình đưa khí vào. Đường làm mát, thiết kế chi tiết và điền đầy khuôn phải được biết khi xác định vị trí miệng phun. 12. Khuôn dùng cho GAIM: NKT NKT  Hệ thống kênh dẫn nóng có thể được xử dụng trong quá trình ép phun khí hỗ trợ. Dựa vào vị trí miệng phun khí, một hệ thống kênh dẫn cửa van có thể được yêu cầu.  Nếu khí thấm lại hệ thống kênh dẫn nóng, nó sẽ đẩy nhựa nóng chảy trở lại machine barrel. Điều này dẫn tới kích thước hạt không đồng nhất và tăng tỷ lệ phế phẩm Machine barrel 12. Khuôn dùng cho GAIM: NKT NKT 13.Hướng phát triển  Công nghệ ép phun có khí hỗ trợ được ứng dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực công nghiệp máy tự động .  Sự nhận biết lợi ích tiềm năng của công nghệ ép phun có sự hỗ trợ của khí trong những chương trình thíêt kế và phát triển đúng đắn cho quá trình này đã tạo ra mức quan tâm cao trong những ứng dụng phức tạp của các nhà cung cấp nổi tiếng. Ví dụ điển hình là module phụ tùng cửa của Delphi Interior & Lighting system . Một ví dụ khác về khả năng trong tương lai của công nghệ này là xe hơi 5 chỗ ngòai với tất cả bên ngòai được làm từ nhựa, nó đang được đánh giá như là một kỹ thuật sản xuất máy tự động đầy tiềm năng cho việc phát trỉển đất nước . NKT NKT 13.Hướng phát triển  Mức phát triển tiếp theo là hợp nhất quá trình ép phun có khí hỗ trợ với các quá trình khác như kết hợp quá trình ép phun có sự hỗ trợ của khí với khuôn đúc nhiều màu để tối đa hóa giá trị của nó. Ví dụ hệ thống kính chiếu hậu của xe được chế tạo bằng ứng dụng công nghệ ép phun có sự hỗ trợ khí để tạo độ bền. Nó được phun kết hợp với lớp Acrylic styrene –acrynolitrile để tạo hình dáng bên ngòai và chống chịu với môi trường làm việc trong lúc vận hành khuôn.  Phải nhận ra rằng,công nghệ ép phun có khí hỗ trợ không phải là chỉ giải quyết các vấn đề đang tồn tại mà sự đưa ra một số thiết kế có lẽ vượt qua điều đó bằng cách áp dụng sáng tạo quá trình,vật liệu, công nghệ này. Đối với một vài quá trình, sản phẩm phải được thiết kế tối ưu về vật liệu, thiết kế và công đoạn. NKT NKT 13.Hướng phát triển  Chi phí phát sinh của việc sử dụng công nghệ ép phun có sự hỗ trợ của khí phải được biết và tối thiểu hóa. Những chi phí này bao gồm: chi phí bản quyền, hệ thống điều khiển,khí, miệng phun, phải được cân bằng trong phạm vi tiết kiệm tiềm năng được cung cấp bởi quá trình này. Những tiết kiệm này bao gồm: sự sử dụng vật liệu cho các ứng dụng đặc trưng và giảm cước phí vận chuyển cần thiết cho những chi tiết sử dụng công nghệ ép phun có sự hỗ trợ khí với các chi tiết dùng công nghệ ép phun bình thường. Điều này có thể chuyển qua tiết kiệm thiết bị, tiết kiệm năng lượng và những yêu cầu về giảm không gian làm việc. Tất cả những điều đó có lẽ chứng tỏ việc giảm đầu tư và chi phí vận hành là rất tiềm năng.