CHƯƠNG 1

TỔNG QUANG VỀ SẢN PHẨM NHỰA VÀ TÍNH THIẾT THỰC CỦA ĐỀ TÀI  ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN NHIỀU TẦNG

1.1.  Thực trạng phát triển ngành nhựa Việt Nam.

          Trong hơn 10 năm qua, ngành nhựa Việt Nam liên tục phát triển với tốc độ bình quân 25-30%/năm. Cụ thể sản xuất vật liệu xây dựng nhựa tăng 25%, sản xuất nhựa gia dụng tăng 20% và sản xuất bao bì nhựa tăng 8 lần trong vòng 10 năm (từ 1997- 2007). Tăng cả về chất lượng và sản lượng, ngày càng đa dạng hóa sản phẩm, đủ sức cạnh tranh với các nước trong khu vực.

          Hiện Việt Nam có hơn 2000 doanh nghiệp, 80% là doanh nghiệp vừa và nhỏ. Hơn 80% tập trung ở Hồ Chí Minh và phụ cận. Đây cũng là địa phương có ngành nhựa phát triển cao nhất, sản xuất đến 80% sản lượng của cả nước.

          Hơn 70% tổng sản lượng là của khối doanh nghiệp tư nhân. Nhiều doanh nghiệp tư nhân có quy mô lớn như Duy Tân, Tân Đại Hưng, Phước Thạnh, Thành Lợi, Long Thành, Đệ Nhất, Đạt Hòa, Đại Đồng Tiến, Quán Quân, Biti's, Hừng Sáng... Giá trị tài sản của những đơn vị này lên đến hàng chục triệu USD, có đơn vị hàng trăm triệu USD. Hầu hết những công ty nhựa lớn của Việt Nam đều tập trung tại TP Hồ Chí Minh và các tỉnh thành lân cận.

          Sản phẩm nhựa có mặt hầu hết các ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, thủy sản, xây dựng, điện điện tử. Ngay trong mỗi gia đình cũng xuất hiện nhiều sản phẩm của ngành nhựa Việt Nam, từ những chiếc hộp đựng tăm, xà phòng, ly, tách, dày dép… Những sản phẩm cấp cao đòi hỏi chất lượng cao như ống dẫn dầu, đồ nhựa cho ô tô, máy vi tính cũng đã được các doanh nghiệp nhựa sản xuất thành công.

          Trong vài năm gần đây thì đồ trang trí nội thất bằng nhựa cũng đã được người tiêu dùng chấp nhận. Những sản phẩm nội thất nhựa như giường, tủ, bàn ghế, giá sách, kệ tivi... được sản xuất từ nguyên liệu cao cấp kết hợp với xử lý nhờ các công nghệ mới của các doanh nghiệp Đại Đồng Tiến, Duy Tân... được người tiêu dùng đánh giá không chỉ rẻ mà còn tiện dụng, dễ lắp ráp và độ bền của sản phẩm cao. Những sản phẩm này đa dạng về mẫu mã, màu sắc, cơ động khi tạo hình, tiện lợi khi kê, lắp ráp cho nhà cửa. Ngoài ra chúng còn chịu được nước, độ ẩm không khí và có tính kháng lão hóa.

1.2.  Một số sản phẩm nhựa đã thay thế được các sản phẩm truyền thống.

1.2.1.              Sản phẩm truyền thống:

 

Sản phẩm nhựa	Sản phẩm truyền thống
Bao nhựa PP	Bao đay, giấy
Ống nước nhựa	Ống kim loại
Két nhựa	Két gỗ trong ngành giải khát
Chai nhựa	Chai thủy tinh
Ly chén nhựa	Ly thủy tinh
Thuyền, cano	Thuyền gỗ
Nhựa sản xuất trong nước đã dần dần thay thế được sản phẩm nước ngoài

Ngoài các mặt hàng truyền thống ở trên nghành nhựa ngày nay đã phát triển rộng khắp, đa dạng về sản phẩm và mẩu mã. Sản xuất từ những sản phẩm rất nhỏ linh kiện điện tử  đến các sản phẩm lớn như vỏ xe ô tô.

Dưới đây là một số nhóm sản phẩm nhựa:

1.2.2.     Hàng gia dụng:   

1.2.3.     Sản phẩm công nghiệp:  

1.2.4.     Bao bì

1.2.5.     Sản phẩm thiết bị giáo dục:   Còn rất nhiều nhưng ở đây chúng tôi chỉ liệt kê một số sản phẩm thuộc một số lĩnh vự của đời sống.

1.3.  Công nghệ:

          Các công nghệ chủ yếu được sử dụng trong ngành nhựa:

•  Công nghệ ép phun (Injection Technology): là công nghệ truyền thống của ngành sản xuất nhựa, công nghệ này phục vụ cho các ngành công nghiệp điện điện tử, điện dân dụng, sản xuất xe hơi, và cao hơn là ngành công nghệ nhựa vi mạch điện tử.
•   Công nghệ đùn thổi (Blowing injection technology): là công nghệ thổi màng, sản xuất các loại bao bì nhựa từ màng, dùng trong các công nghệ thổi túi PE, PP và màng(cán màng PVC) ngành thổi bao bì dạng chai nhựa tiên tiến như PET, PEN, thùng phuy...  đều phát triển từ công nghệ đùn thổi.
•   Công nghệ đẩy liên tục (Profile): cải tiến từ công nghệ đùn thổi truyền thống, do nhu cầu tiêu dùng của xã hội ở các nhóm hàng sản phẩm nhựa dạng ống, từ ống PVC thoát nước đến PE cấp nước, cao cấp là các sản phẩm phức hợp nhôm nhựa, cáp quang... hay là các sản phẩm vật liệu xây dựng, gia công thành phẩm khung cửa PVC, tấm trần vách ngăn…
•   Công nghệ chế biến cao su nhựa: là công nghệ ép sử dụng phổ biến trong ngành chế biến cao su và các công nghệ ép phun sử dụng cùng lúc 2 loại vật liệu nhựa và cao su. Đây là ngành có sức thu hút lớn, công nghiệp gia công giày dép nhựa gắn liền với công nghệ này.
•   Các công nghệ khác:Composite, Melamine, Công nghệ EVA, PU, EPSvà các công nghệ phụ.

1.4.   Tính thiết thực cả đề tài:

               Ngày này, do nhu cầu con người ngày càng cao trong lĩnh vưc sản phẩm nhựa không những về kiều dáng mà còn về chất lượng cũng như giá thành thấp. chính vì vậy, các công ty khuôn mẫu trên toàn thế giới không ngừng chế tạo ra nhiều loại khuôn khác nhau để thõa mãn nhu cầu trên. Với số lượng lớn và thời gian sản xuất ngắn ta không thể dùng khuôn cổ điển hay khuôn nhiều cavity. Tùy thuộc vào điều kiện sản xuất của từng công ty mà ta chọn mô hình khuôn phù hợp.

Khuôn nhiều tầng là gì?

Đó là khuôn gồm nhiều tầng cùng chu kỳ ép cho ra số lượn sản phẩm gấp 3,4 lần so với khuôn bình thường.

Giúp ta giảm bót số lần ép phun.

 Số lượng máy móc như trước đây một khuôn một máy.

 Giảm được số lượng công nhân đứng máy.

Có thể sản xuất từ những chi tiết kích thước nhỏ đến những chi tiết có kích thước lớn.

Dạng sản xuất là hàng loại lớn( các sản phẩm gia dụng, điện tử).

Do đó thông qua đề tài hy vọng sẽ cung cấp cho mcacs bạn thêm về một loại khuôn mới đó là khuôn nhiều tầng.

Chương 2: TÌM HIỂU KHUÔN NHIỀU TẦNG

 

 

2.1.   Các vấn đề cần quan tâm khi thiết kế khuôn:

- Công suất máy ép nhựa.

- Loại nhựa dùng cho sản phẩm (tính chất, độ co rút…).

- Đặc tính kỹ thuật cũng như điều kiện làm việc của sản phẩm.

- Góc thoát khuôn.

- Xác đinh loại khuôn cần thiết kế.

- Xác định tính năng kĩ thuật, tuổi thọ, hình thức sử dụng của khuôn.

- Lựa chọn vật liệu và phương pháp xử lý bề mặt tạo hình khuôn.

- Lựa chọn phương pháp chế tạo khuôn, trang thiết bị, máy móc…

2.2.         Quy trình thiết kế khuôn:

• Công việc,các số liệu đặt  hàng : Thiết kế từng phần, số lượng, vật liệu sản phẩm gia công tinh bề mặt.
• Số liệu về máy phun nhựa: Áp lực phun, lực kẹp, dung tích bắn,kích thước các tấm.
• Loại khuôn: Khuôn bình thường hay có cắt sau.
• Thiết kế cơ khí: Thiết kế nguyên lý như:độ dày các tấm và phân bố các lỗ.
• Độ co rút: Xác định tính chất vật liệu, độ dày thành.
• Vật liệu khuôn: Loại vật liệu của từng chi tiết, độ cứng, độ nhẵn.
• Lòng khuôn và phần lồi: Liền khối hoặc lắp ghép, lắp ghép thứ cấp và thiết kế lắp ghép.
• Bố trí các lòng khuôn: Số lòng khuôn, sự bố trí, vị trí.
• Thiết kế hệ phun: Trực tiếp hay gián tiếp,t thiết kế bạc phun.
• Mặt cắt ngang của kênh dẫn: Tròn, nữa tròn, hình thang, kênh dẫn nhựa nóng hay có cách nhiệt.
• Hệ thống miệng phun: Màng, vòng, đường phun, chốt tàu ngầm, định vị miệng phun.
• Điều khiển nhiệt: Thiết kế đường nước.
• Hệ thống tháo khuôn: Chốt đẩy, tấm đẩy, vòng đẩy.
• Dẫn hướng và định tâm: Định vị bằng côn, trụ dẫn, chốt vòng định vị.
• Sự thoát khí:  Chốt màng mỏng,spinder.
• Các chi tiết ghép nối: Bulong dài, bộ kích động thủy lực mặt bên, máy dẫn động bằng hệ thống không có ren.

2.3.         Phân loại khuôn:

2.3.1.      Khuôn hai tấm:

2.3.1.1.             Khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội:

- Đối với khuôn hai tấm có một lòng khuôn thì không cần thiết phải thiết kế kênh dẫn nhựa mà nhựa sẽ điền đầy trực tiếp vào lòng khuôn thông qua bạc cuống phun.

- Đối với khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn thì ta cần quan tâm đến việc thiết kế kênh dẫn nhựa và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy các lòng khuôn cùng lúc(vấn đề cân bằng dòng chảy của nhựa). 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. Khi xét thấy vị trí các miệng phun có thể đặt thẳng hàng với các lòng khuôn thì việc dùng khuôn hai tấm là thích hợp.

- Vì vấn đề cân bằng dòng chảy nhựa và đòi hỏi các miệng phun phải bố trí thẳng hàng với các lòng khuôn mà việc thiết kế khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn gặp hạn chế đối với một số sản phẩm nhựa nhất định. Để khắc phục hiện tượng này người ta dùng đến khuôn ba tấm hay khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng.

Hình 3.1: Khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội

2.3.1.2.             Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng:

Khuôn hai tấm có 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 thì nhựa trong kênh dẫn vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lòng khuôn một cách trực tiếp.

Hình 3.3: Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng

Đối với loại khuôn này, các miệng phun được đặt ở vị trí trung tâm của các lòng khuôn. Điều này có nghĩa là kên dẫn phải được đặt xa mặt phân khuôn.Nhưng điều này không gây bất kì 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.

* Ưu điểm:

- Tiết kiệm vật liệu.

- Không có vết của miệng phun trên sản phẩm.

- Giảm thời gian chu kỳ.

- Điều khiển được sự điền đầy và dòng chảy của nhựa.

* Nhược điểm:

- Giá thành cao hơn khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội.

- Khó đổi màu vật liệu.

- Hệ thống điều khiển nhiệt độ dễ bị hỏng.

- Không thích hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém.

2.3.2.      Khuôn ba tấm:

1. Khuôn ba tấm kênh dẫn nguội:

Đối với sản phẩm lớn không bố trí được miệng phun ở tâm, hoặc sản phẩm có nhiều miệng phun hay nhiều lòng khuôn cần nhiều miệng phun ở tâm thì kết cấu khuôn có thể thay bằng khuôn ba tấm.

So với khuôn hai tấm thì hệ thống kênh dẫn của khuôn ba tấm được đặt trên tấm đở song song với mặt phân khuôn chính. Chính nhờ tấm thứ hai này mà kênh dẫn và cuống phun có thể được rời ra khỏi sản phẩm khi khuôn mở (tự cắt đuôi keo).

Hình 3.4: khuôn ba tấm

Khuôn ba tấm được dùng khi mà toàn bộ hệ thống kênh dẫn không thể bố trí trên cùng một mặt phẳng như ở khuôn hai tấm. Điều này có thể là do:

- 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 với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn.

Điểm đặt trưng của khuôn ba tấm là tự cắt đuôi keo.

Hình 3.5 :        Trình tự mở các tấm khuôn trong khuôn ba tấm.

* Ưu điểm:

- Giá thành thấp hơn so với khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng.

- Ít bị hỏng hóc hơn khuôn có kênh dẫn nóng.

- Có thể phù hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém.

* Nhược điểm:

- Chu kỳ ép phun tăng do hành trình của dòng nhựa để đến được lòng khuôn dài.

- Lãng phí nhiều vật liệu.

- Cần áp suất phun lớn để điền đầy.

1. Khuôn ba tấm kênh dẫn nóng:

Đối với loại khuôn này, các miệng phun được đặt linh hoạt hơn khuôn hai tấm. Điều này có nghĩa là kên dẫn phải được đặt xa mặt phân khuôn.Nhưng điều này không gây bất kì 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.

* Ưu điểm:

- Tiết kiệm vật liệu.

- Không có vết của miệng phun trên sản phẩm.

- Giảm thời gian chu kỳ.

- Điều khiển được sự điền đầy và dòng chảy của nhựa.

* Nhược điểm:

- Giá thành cao hơn khuôn ba tấm có kênh dẫn nguội.

- Hệ thống điều khiển nhiệt độ dễ bị hỏng.

- Không thích hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém.

2.3.3.      Khuôn nhiều tầng:

                       Khi yêu cầu số lượng sản phẩm lớn và để giử giá thành sản phẩm thấp, hệ thống khuôn nhiều tầng được chế tạo để giử lực kẹp của máy thấp(nghĩa là dùng cho loại máy có kích thước nhỏ) với loại hệ thống này ta có hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn. Hầu hết khuôn nhiều tầng ứng dụng hệ thống hotrunner vì đãm bảo nhựa đến các tầng và không bị nguội. Nếu dùng kênh dẫn nguội ta phải thiết kế một hệ thống đẩy cuống phun và kênh dẫn phức tạp rất khó thực hiện..

 

Phân loại :

Ta chia thành hai loại khuôn.

• Các tấm cái của khuôn nằm cùng bên với nhau. Hệ thống đẩy sản phẩm về một hướng. Khuôn loại có thể dùng hệ thống kênh dẫn nguội và hệ thống kênh dẫn nóng.

                  Hình 3.

• Các tấm cái nằm đối diện nhau. Hệ thống đẩy sản phẩm ra từ hai phía ngược nhau.đói với loại khuôn này ta sử dụng hệ thông hotrunner vào để đãm bảo nhựa luôn nóng.

Ưu điểm :

-     Kết cấu gọn.

-     Giảm đáng kể máy ép.

-    Sản xuất được các sản phẩm lớn.

Nhượt điểm:

-    Hệ thống đẩy sản phẩm phải được thiết kế đặc biệt vì hai chuyển động đẩy ngược nhau.

-    Phải sử dụng một số chi tiết cơ khí để tạo chuyển động khuôn.

Dưới đây là hình minh họa việc tạo kết cấu khuôn hai tầng và cơ cấu đẩy sản phẩm:

Hiện nay trên thế giới đã sản xuất được khuôn 2,3,4 tầng sản xuất được 75000 chi tiết trên giờ.

1. Khuôn hai tầng :

Hình 3.6: khuôn hai tầng.

            Ưu điểm :

• Nâng cao hiệu quả làm việc của máy (sản phẫm tăng gấp đôi).
• Giảm đi số lượng máy móc cho quá trình phun.
• Các máy công suất nhỏ vẫn đáp ứng được, khuôn motof cavity hay nhiều cavity trên một tầng khuôn.
• Hoạt động các khuôn là độc lập.
• Kế cấu đơn giản.

Ứng dụng :

• Chi tiết thành mỏng.
• Sản phẩm công nghiệp.
• Đồ dùng gia đình.
• Hàng tiêu dùng.
• Sản phẩm y học.
• Dao kéo.

1. Khuôn ba tầng:

Ưu điểm:

                 Ứng dụng:

• Chi tiết thành mỏng.
• Đồ dùng gia đình.
• Hàng tiêu dùng.
• Sản phẩm y học.

1. Khuôn bốn tầng:

Ưu điềm:

• Sản lượng tăng gấp 100% khuôn hai tầng.
• Hình ảnh trên có 96 cavity(4x24) sản xuất  dược 75000 chi tiết/giờ vói chu kỳ 5s.
• Sử dụng hệ thồng hotrunner.
• Tuy nhiên kết cấu phức tạp.

Ứng dụng:

• Chi tiết thành mỏng và nắp.
• Sản phẩm y học.

2.4.         Thiết kế lòng khuôn:

2.4.1.      Số lòng khuôn:

Ta có thể cân nhắc để chọn số lòng khuôn phù hợp nhờ các thông tin sau:

- Kích cỡ của máy ép phun (áp suất phun lớn nhất và lực kẹp lớn nhất).

- Thởi gian giao hàng.

- Yêu cầu về chất lượng sản phẩm.

- Kết cấu và kích thước khuôn.

- Giá thành khuôn.

Số lòng khuôn thông thường được thiết kế theo dãy số: 1, 2, 4, 6, 8, 12, 24, 32, 48, 64, 96, 128. Vì các lòng khuôn sẽ dễ dàng được xếp theo hình chữ nhật hoặc hình tròn.

Thông thường, ta có thể tính số lòng khuôn cần thiết trên khuôn bằng cách dựa vào: số lượng sản phẩm, năng suất phun và năng suất làm dẻo của máy ép phun, lực kẹp khuôn của máy.

2.4.1.1.       Số lòng khuôn tính theo số lượng sản phẩm trong đơn đặt hàng:

Trong đó:

n: số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.

L: số sản phẩm trong một lô sản xuất.

K: hệ số phế phẩm,  với k là tỉ lệ phế phẩm.

: thời gian của một chu kỳ ép phun (s).

: thời gian hoàn tất lô sản phẩm (ngày).

2.4.1.2.       Số lòng khuôn tính theo năng suất phun của máy ép phun:

Trong đó:

n: số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.

S: năng suất phun của máy (gam/một lần phun).

W: trọng lượng của sản phẩm (g).

2.4.1.3.       Số lòng khuôn tính theo năng suất làm dẻo của máy:

Trong đó:

n: số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn

P: năng suất làm dẻo của máy (g/ph)

X: tần số phun (ước lượng) trong một phút (1/ph)

W: trọng lượng của sản phẩm (g)

2.4.1.4.      Số lòng khuôn tính theo lực kẹp khuôn của máy

Trong đó:

n: số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn

: lực kẹp khuôn tối đa của máy

S: diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm kể cả các rãnh dòng theo hướng đóng khuôn ()

P: áp suất trong khuôn (Mpa)

2.4.2.      Các cách bố trí lòng khuôn:

Sau khi chọn số lòng khuôn, chúng ta cần bố trí các lòng khuôn sao cho hiệu quả và tối ưu.Trên thực tế , người ta thường bố trí các lòng khuôn theo kinh nghiệm mà không có bất kì một sự tính toán  hay mô phỏng nào. Nhưng nếu làm như vậy đôi khi ta gặp phải một số lỗi trên sản phâm. Đặc biệt với những khuôn có các lòng khuôn khác nhau, làm ta phải sửa lại khuôn do đó rất tốn kém về thời gian và chi phí. Do đó để tránh lỗi này ta mô phỏng quá trình điền đầy của từng lòng khuôn mà không có hệ thống kênh dẫn để biết chúng được điền đầy như thế nào. Khi ấy ta sẽ thiết kế hệ thông dẫn nhựa để tạo sự cân bằng động cho từng lòng khuôn.thông thường có ba cách bố trí : bố trí theo vòng tròn,bố trí theo dãy và bố trí đối xứng.

1. Bố trí theo vòng tròn:

                                             Hình 3.7- bố trí dạng vòng

• Ưu điểm:

Chiều dài dòng nhựa bằng nhau,dễ tách khuôn, đặc biệt đối với các sản phẩm đòi hỏi thiết bị tháo ren.

• Nhược điểm:

Chỉ áp dụng cho motojsoos lòng khuôn nhất định.

1. Bố trí theo dãy:

Hình 3.8-bố trí theo dãy.

• Ưu điểm:

Bố trí được nhiều khuôn tạo hình hơn là bố trí theo dạng tròn. Có thể tăng số lòng khuôn dễ dàng nên rất thông dụng cho sản xuất hàng khối. Tỷ lệ nhựa tái sinh từ hệ thống dẫn nhựa bé.

• Nhượt điểm:

Chiều dài của dòng nhựa đối với từng lòng khuôn không bằng nhau. Do đó chúng ta cần hiệu chỉnh các kích thước kênh dẫn nhựa để các lòng khuôn điền đầy đồng đều.

1. Bố trí đối xứng:

Hình 3.9-bố trí đối xứng.

• Ưu điểm:

Chiều dài dòng nhựa  bằng nhau đối với tấc cả các lòng khuôn mà không cần điề chỉnh kênh dẫn, miệng phun. Có thể tăng số lòng khuôn dễ dàng.

• Nhược điểm:

Thể tích kênh dẫn lớn, nhiều bavia do đó cần thêm ống phân phối nóng hoặc kênh dẫn cách ly.

Với cách bố trí theo dãy, chúng ta phải hiệu chỉnh kích thước các kênh dẫn để các lòng khuôn điền đầy đồng đều. Để hiệu chỉnh chính xác và nhanh chóng, chúng ta phải dùng phần mềm mô phỏng : moldflow,cadmould….

Hình 3.10-Ứng dụng moldflow phân tích kích thước kênh dẫn.

2.5.         Thiết kế hệ thống dẫn nhựa:

Hệ thống dẫn nhựa trong khuôn có tác dụng đưa nhựa từ vòi phun của máy ép phun vào các lòng khuôn. Hệ thống này gồm: Cuống phun, kênh dẫn và miệng phun. Thông thường trong các thiết kế người ta thiết kế kênh dẫn và miệng phun trước rồi mới đến cuống phun vì kích thước của cuống phun phụ thuộc nhiều vào kích thước và miện phun.

Hình 3.11: Hệ thống dẫn nhựa

2.5.1.      Cuống phun (Sprue):

Cuống phun nối trực tiếp với vòi phun của máy ép để đưa nhựa vào kênh dẫn qua miệng phun và vào các lòng khuôn.

Đối với mà khuôn trước do hai tấm ghép lại hay loại khuôn hai tấm nên làm phần côn gần lòng khuôn lớn phần côn ở gần vòi để dễ tháo cuống phun không bị dính lại ở bậc này.(như hình 3.11)

Hình 3.11

Kích thước cuống phun phụ thuộc hai yếu tố:

            -Chủ yếu là kích thước và độ dày thành sản phẩm cũng như loại vật liệu nhựa sử dụng. khi biết khối lượng sản phẫm(tính bằng gam), kích thước cả cuống phun có thể được xác định dựa vào kích thước kênh dẫn nhựa.

            -Kích thước lỗ vòi phun của máy củng ảnh hưởng đến kích thước cuống phun.

Đầu cuống phun nên càng nhỏ càng tốt  nhưng vẫn phải đảm bảo sự điền đầy đồng đều giữa các lòng khuôn với nhau. Góc côn của cuống phun cần phải đủ lớn để thoát khuôn nhưng đường kính cuống phun thì không nên quá lớn sẽ làm tăng thời gian làm nguội và tốn vật liệu.

Trên thực tế người ta ít khi gia công lỗ cuống phun liền trên khuôn từ trước(trừ những khuôn đơn giản, rẻ) mà dùng bạc cuống phun để tiện cho việc gia công thay thế.

Hiện tại, trên thị trường có ba loại bạc cuống phun phổ biến có vá đường kính ngoài 12, 16, 20 tùy theo khối lượng của sản phẩm, kích thước kênh dẫn và đường kính của vòi phun trên máy phun mà ta dùng loại bạc cuống phun nào cho phù hợp.

Hình 3.12: Một số loại bạc cuống phun.

Hình 3.13: Một số loại vòng định vị

Hình 3.14: Bạc cuống phun trên khuôn

Trên khuôn cuống phun sẽ được đẩy rời khỏi khuôn cùng lúc với sản phẩm. Do đó cần có bộ phận kéo cuống phun ở lai trên tấm di động khi khuôn mở để mà cuống phun có thể rời khỏi bạc cuống phun. Thêm vào đó, người thiết kế có thể lợi dụng phần nhựa để giữ cuống phun làm đuôi nguội chậm, nhờ đó mà quá trình điền đầy các lòng khuôn tốt hơn.

2.5.2.      Hệ thống hot runner:

    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 ta 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 được sử dụng phổ biến nhất dùng gia nhiệt cho khuôn có kênh dẫn nguội. Nguồn nhiệt do một hệ thống không nằm trên máy ép phun.

2.5.2.1.             Hệ thống khuôn dùng kênh dẫn nhựa nóng.

Trong hệ thống khuôn sử dụng kênh dẫn nhựa thông thường hệ thống kênh dẫn có cùng một nhiệt độ so với phần còn lại của khuôn và người ta đã xây dựng hệ thống kênh dẫn nhựa cách ly và hệ thống kênh dẫn nhựa nóng.

Hotrunner là hệ thống kênh dẫn nhựa nóng, nhờ có hệ thống này mà nhựa sau khi rời đầu phun của máy ép di chuyển vào lòng khuôn trong các kênh dẫn được gia nhiệt. Điều này giúp cho dòng nhựa trong các kênh dẫn luôn ở trạng thái chảy loãng và sẵn sàng điền vào lòng khuôn.

Hình 2.2 Hệ thống khuôn dùng hotrunner.

   Nhờ sử dụng 1 hệ thống phun có khống chế nhiệt tách rời như trong các hệ thống sử dụng kênh dẫn nhựa nóng mà những nhược điểm của kênh dẫn nguội được khắc phục như: hạn chế về chiều dài kênh dẫn, hạn chế về khả năng tạo hình sản phẩm…

Các chi tiết khá phức tạp như bảng mặt đồng hồ của ô tô, vỏ computer… sẽ không chế tạo được nếu như không có nhiều đường dẫn chất dẻo. Người ta phải chế tạo khuôn rất lớn với chiều dài phun đến 800mm và chiều dài kênh chia nhựa lớn 1800mm. Vì vậy việc sử dụng kênh dẫn nhựa nóng trong các sản phẩm này là cần thiết. Hệ thống kênh nóng có hàng loạt ưu điểm so với hệ thống không được khống chế nhiệt, chúng không chỉ ưu việt về mặt kinh tế mà còn về mặt công nghệ nữa. Việc chọn lựa hệ thống kênh nóng để gia công vật liệu nhựa phụ thuộc vào loại vật liệu được gia công.

Để phát triển hệ thống kênh nóng đã có hàng chục năm công nghệ, không chỉ các nhà chế tạo máy, các nhà sản xuất nhựa, các viện và các nhà làm tiêu chuẩn tham gia vào mà còn vô số các nhà xuất bản và các tài liệu kỹ thuật khác nhau.

Hiện nay các hệ thống kênh dẫn nhựa nóng đã được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình sản xuất tự động với số lượng lớn. Trước đây người ta lo ngại về chất lượng sản phẩm vì nhựa có thể bị biến tính do chất lượng nhựa không ổn định và quá trình kiểm soát nhiệt độ khó khăn. Nhưng hiện nay chất lượng nhựa đã được đảm bảo và cải thiện rất nhiều hơn thế nữa việc kiểm soát nhiệt độ cũng không còn phức tạp như trước.

Các hệ thống kênh dẫn nhựa hiện nay được thiết kế khá tiêu chuẩn, các nhà sản xuất không chỉ cung cấp mà còn sản xuất theo yêu cầu khách hàng để phù hợp với sản phẩm.

Các kênh dẫn nhựa là cầu nối giữa các miệng phun và cuống phun. Chúng làm nhiệm vụ đưa nhựa vào các lòng khuôn. Việc thiết kế kênh dẫn nhựa ảnh hưởng rất lớn đến năng suất và chất lượng sản phẩm.

Yêu cầu kỷ thuật:

 - Giảm đến mức tối thiểu sự thay đổi tiết diện kênh dẫn.

- Nhựa kênh dẫn phải thoát khuôn dễ dàng.

- Toàn bộ chiều dài kênh dẫn ngắn nếu có thể để tránh mất áp và mất nhiệt trong quá trình điền đầy.

- Mặt cắt kênh dẫn phải đủ lớn để đảm bảo sự điền đầy cho toàn bộ sản phẩm mà không làm chu kỳ quá dài, tốn nhiều vật liệu và lực kẹp lớn.

- Phải đủ nhỏ để giảm phế liệu, nhưng cũng phải đủ lớn để điền đầy khuôn nhanh chóng và giảm tổn hao áp suất.

-Phải điền đầy cân đối cho các lòng khuôn, cho các lòng khuôn có nhiều miệng phun.

2.5.2.2.             Đặc điểm của hệ thống kênh dẫn nhựa nóng:

   Bảng 2.2. Ưu nhược điểm về mặt kinh tế và công nghệ của hệ thống hotrunner.

	Ưu điểm	Nhược điểm
Kinh tế	Tiết kiệm nguyên vật liệu do không hình thành cuống phun và không tốn chi phí tái chế nhựa cuống phun, nhờ đã giảm chi phí nguyên liệu đầu vào, tiết kiệm nhân công vì ko phải xử lý nhựa thừa trên cuống phun nếu như sử dụng hệ thống bình thường. Thời gian chu kì ngắn hơn (20-25% đối với khuôn 16 lòng khuôn thông thường) do thời gian điền đầy ngắn hơn và không phải điền đầy hệ thống kênh dẫn sau mỗi chu kì, không tốn thời gian làm nguội hệ thống kênh dẫn và rút cuống phun, hành trình khuôn ngắn. Máy phun có thể nhỏ hơn vì thể tích chung quanh kênh nóng giảm (giảm lượng nhựa điền đầy hệ thống kênh dẫn) và do lực kẹp nhỏ hơn vì bộ chia nhựa đóng kín (không hở như hệ thống kênh dẫn nguội). Trong việc thiết kế có thể dùng nhiều chi tiết tiêu chuẩn. Kết cấu khuôn phức tạp và chi phí cao hơn do phải lắp đặt và thiết kế các thiết bị phụ như các phần tử nung nóng, dẫn nhiệt và bộ phận điều khiển... Các quá trình vận hành hệ thống phức tạp hơn, cần thời gian để đưa hệ thống đến trạng thái hoạt động. Đòi hỏi người thợ vận hành có tay nghề cao hơn. Nhạy và dễ hư hỏng, chi phí lắp đặt bảo trì cao (chống rò rỉ nhựa, dễ hư các thiết bị gia nhiệt, các đầu phun dễ bị mài mòn bởi vật liệu điền vào).
Công nghệ	Tăng chất lượng sản phẩm, làm cho sản phẩm có chất lượng bề mặt và cơ tính tốt hơn. Quá trình có khả năng tự động hóa cao hơn do không phải tách nhựa điền đầy trong hệ thống kênh dẫn. Các miệng phun có thể được đặt tại vị trí xa, khó điền đầy, vì đường dẫn nhựa có thể dài hơn khi đã kiểm soát nhiệt độ tốt. Có thể đặt nhiều miệng phun ở nhiều vị trí khác nhau tạo hình sản phẩm có thành mỏng. Giảm tối thiểu mất mát áp suất do đường kính của kênh dẫn không bị hạn chế. Khả năng cân bằng dòng chảy được tác động thông qua điều khiển nhiệt hay bằng những cơ cấu đặc biệt. Quá trình điền đầy lòng khuôn hiệu quả hơn nhờ sử dụng đầu phun dạng van, các hệ thống miệng phun nối tiếp. Hành trình mở khuôn ngắn hơn, thời gian sản xuất giảm, duy trì giá cả cạnh tranh. Áp suất duy trì tốt hơn nên sản phẩm ít bị cong vênh. Có khả năng làm biến tính vật liệu nhựa do nhiệt độ, đặc biệt với các loại nhựa nhạy với nhiệt độ, khi dòng chảy và thời gian lưu lại của nhựa trong kênh dẫn lâu trong trường hợp chu trình ép phun dài. Cần quá trình kiểm soát nhiệt phức tạp vì nếu không sẽ tạo các vùng nhiệt độ không đồng đều, làm quá trình điền đầy không đều. Và phải kết nhiều quá trình điều khiển khác nhau. Không có 1 phương pháp cụ thể nào điều khiển áp lực ở miệng phun.

2.5.2.3.             Các loại tiết diện ngang của kênh dẫn nhựa:

Kênh dẫn có nhiều mặt cắt ngang khác nhau nhưng phổ biến là các loại kênh dẫn có mặt cắt ngang hình tròn, hình thang hiệu chỉnh, hình thang, hình chữ nhật và hình bán nguyệt.

Hình 3.15 Tiết diện ngang của một số loại kênh dẫn.

Tùy từng loại khuôn mà ta thiết kế tiết diện kênh dẫn cho phù hợp. Mặc dù loại kênh dẫn có tiết diện ngang hình tròn là tốt nhất nhưng giá thành gia công cao nên trên thực tế người ta hay dùng kênh dẫn có tiết diện ngang hình thang hiệu chỉnh hoặc hình thang vì giá thành gia công thấp hơn.

Loại kênh dẫn có tiết diện ngang hình thang thường dùng trong khuôn 3 tấm vì ở loại khuôn này mặt phân khuôn sẽ dễ bị lệch nếu ta dùng kênh dẫn có tiết diện hình tròn.

Để so sánh các loại kênh dẫn người ta dùng chỉ số đường kính thủy lực và sự cản dòng. Khi đường kính càng lớn thì sự cản dòng càng bé. Ta có thể tính đường kính thủy lực dựa vào công thức sau:

Trong đó:

: Đường kính thủy lực

A: Diện tích mặt cắt ngang

      P: Chu vi

3.5.2.4   Kích thước các kênh dẫn:

Việc tính toán để có được đường kính và chiều dài kênh dẫn phù hợp là rất quan trọng vì khi có một kênh dẫn quá lớn hay quá dài sẽ làm cản trở dòng chảy và gây ra mất áp trên chính nó, tốn nhiều vật liệu và thời gian chu kì phun ép. Do đó, ta nên thiết kế kênh dẫn nhỏ ở mức có thể để lợi dụng nhiệt ma sát trên nó gia nhiệt cho nhựa lỏng giúp quá trình điền đầy lòng khuôn thuận lợi hơn và sản phẩm ít bị quá nhiệt.

Hình 3.16: Kích thước cho thiết kế kênh dẫn.

B= 5 đến 10 độ

Ngoài ra, ta có thể tính toán kích thước kênh dẫn theo các công thức sau:

Trong đó:

D: đường kính kênh dẫn (mm).

W: Khối lượng sản phẩm (g).

L: chiều dài kênh dẫn (mm).

Hoặc công thức

Trong đó:

: Đường kính kênh dẫn tham khảo.

: hệ số chiều dài.

Ta có thể dùng hai đồ thị sau để xác định hai hệ số này:

                      G: khối lượng sản phẩm (g).

                      S: Bề dày danh nghĩa của thành sản phẩm (mm).

                    : Đường kính kênh dẫn tham khảo (mm).

Hình 3.20: Quan hệ giữa hệ số chiều dài và chiều dài kênh dẫn.

* Kích thước kênh dẫn chính: Mỗi lần rẽ nhánh thì đường kính kênh dẫn nhánh phải nhỏ hơn kênh dẫn chính một chút, vì sẽ kinh tế hơn nếu ta dùng ít vật liệu. Công thức tính đường kính kênh dẫn chính:

Trong đó:

: Đường kính kênh dẫn chính (mm).

: Đường kính kênh dẫn nhánh (mm).

N: số nhánh rẽ

3.5.2.5  Phân loại hệ thống kênh dẫn nóng.

                              Kênh dẫn nóng thường được phân loại chủ yếu dựa theo cách thức bộ chia nhựa và vòi phun được gia nhiệt. Bộ chia nhựa có thể được gia nhiệt bên ngoài, gia nhiệt bên trong hay cách ly nhiệt. Vòi phun cũng có thể gia nhiệt bên ngoài, bên trong hay cách ly nhiệt, kết hợp các hình thức gia nhiệt lại ta sẽ xây dựng được hệ thống kênh dẫn nhựa nóng phù hợp với sản phẩm và điều kiện kinh tế của công ty.

Hình 2.6 Phối hợp các cách gia nhiệt trong hệ thống kênh dẫn nóng.

a)      Phân loại theo cách thức gia nhiệt:

Hình 2.7 Hệ thống kênh dẫn cách ly nhiệt và hệ thống kênh dẫn có gia nhiệt

                        

v  Hệ thống kênh dẫn cách ly nhiệt:

      Khuôn có kênh dẫn cách ly nhiệt thì nhựa phun vào lần đầu tiên sẽ đóng vai trò tạo nên 1 lớp màng nhựa cách ly nhiệt. Nguyên nhân là khi nhựa được đưa vào sẽ tiếp xúc với bề mặt khuôn có nhiệt độ thấp hơn khiến cho nhựa đông lại trên vách thành 1 lớp mỏng, lớp này sẽ đóng vai trò cách ly nhiệt cho dòng nhựa bên trong. Do đó rãnh dẫn phải đủ kích cỡ, chịu được điều kiện của quá trình. Khả năng cách ly nhiệt của nhựa (đông đặc trên thành của kênh dẫn) kết hợp với nhiệt thu được trong mỗi lần ép khuôn tạo hình giúp duy trì tình trạng mở, và dòng chảy nóng bên trong. Hệ thống kênh dẫn cách ly nhiệt nên được thiết kế để thể tích kênh dẫn đạt có thể đạt được thể tích điền đầy lòng khuôn và vật liệu nóng chảy trong kênh dẫn được phun vào lòng khuôn trong suốt quá trình ép phun. Điều này giúp ngăn chặn hiện tượng dư thừa của lớp màng cách ly nhiệt và làm nhỏ những sự sụt giảm nhiệt độ chảy... Hệ thống này có thể có các thiết bị gia nhiệt trong cho đầu phun nhưng nó cũng rất giới hạn vật liệu nhựa có thể sử dụng, thường chỉ có PP, PE, PS do khả năng kiểm soát nhiệt độ không tốt.  Nó chỉ áp dụng để sản xuất các sản phẩm có yêu cầu thấp về chất lượng.

      Nhưng hệ thống kênh dẫn cách ly có 1 khuyết điểm là do có thời gian đóng mở khuôn, do đó dòng nhựa tạo nên lớp màng mỏng có thể nhiều hơn, khi đó ta cần phải mở khuôn ra để lấy nhựa thừa, vì vậy ta cần máy ép phun hoạt động ở áp suất cao để kẹp khuôn và khuôn phải được điền đầy nhanh để tránh nhựa bị đông lại.

Hình 2.8 Hệ thống kênh dẫn cách ly nhiệt.

      Những ưu điểm của hệ thống kênh dẫn cách ly nhiệt so với hệ thống kênh dẫn thông thường:

• Giảm sự biến dạng vật liệu.
•  Thời gian chu kỳ nhanh hơn.
•  Loại bỏ nhựa thừa từ hệ thống kênh dẫn.
•  Giảm sự ăn mòn dụng cụ.
•  Làm tăng chất lượng chi tiết thành phẩm.
•  Độ nhạy cần thiết thấp hơn để cân bằng kênh dẫn.
•  Chu kỳ ngắn hơn.

      Điểm bất lợi:

•  Dụng cụ phức tạp và nhiều hơn.
•  Dụng cu mắc tiền hơn.
•  Phí  duy trì cao hơn.
•  Thiết lập quá trình sản xuất khó hơn.
•  Có thể gây nên sự biến chất của vật liệu.

v  Hệ thống kênh dẫn có gia nhiệt.

      Theo cách thức gia nhiệt ta có gia nhiệt trong và gia nhiệt ngoài.

v  Hệ thống kênh dẫn gia nhiệt ngoài.

      Nhiệt độ cần thiết lớn hơn so với gia nhiệt bên trong.

Hình 2.9 Bộ chia nhựa gia nhiệt ngoài.

  

   Ưu điểm:

•   Các kênh nhựa lớn tạo ra lưu lượng nhỏ và phân bố nhiệt đều.

    Khuyết điểm:

•   Nhiệt độ cần cho gia nhiệt ngoài thường phải cao hơn. Ví dụ: nhiệt độ khuôn xấp xỉ 100⁰ C và nhiệt độ bộ chia nhựa tối thiểu 270⁰ C,  điều này có nghĩa là có khác biệt nhiệt độ khoảng 170⁰ C so với khối khuôn. Vì vậy ta cần phải có những dụng cụ đo thích hợp để điều chỉnh nhiệt độ đầu phun để cân nhắc tránh bị quá nhiệt.
•   Phải tính toán chính xác để ghép đầu phun kênh dẫn nóng với các miệng phun do có giãn nở nhiệt đáng kể.
•   Công suất đốt nóng cao hơn do gia nhiệt kênh dẫn gián tiếp thông qua các tấm chia nhựa.
•   Phải cách ly nhiệt độ với khối khuôn. Bộ chia nhựa sử dụng hệ thống gia nhiệt ngoài có nhiệt độ bề mặt của bộ chia nhựa cao nên lượng nhiệt mất mát xảy ra do quá trình bức xạ nhiệt, lượng nhiệt này được lòng khuôn chứa bộ chia nhựa hấp thụ. 1 phần lượng nhiệt truyền vào bộ chia nhựa thông qua các điểm tiếp xúc giữa bộ chia nhựa và lòng khuôn. Vì vậy thường trong thiết kế người ta có thể chọn lắp thêm tấm cách ly lên bề mặt bộ chia nhựa để hạn chế bức xạ nhiệt.

 

v  Hệ thống kênh dẫn gia nhiệt trong.

      Hệ thống gia nhiệt trong thường sử dụng các ống gia nhiệt đặt bên trong lòng kênh dẫn bề mặt thiết bị gia nhiệt tiếp xúc trực tiếp với dòng nhựa trong kênh dẫn. Nhưng những hệ thống này thường ít được đề nghị vì chúng thường gây ra các điểm chết, điều này có thể dẫn đến biến tính vật liệu.

 

Hình 2.10 Hệ thống gia nhiệt trong.

 

   Ưu điểm:

•   Yêu cầu về công suất nhiệt của hệ thống thấp hơn vì gia nhiệt trực tiếp trong kênh dẫn. 
•   Có thể bỏ qua nhiệt độ chênh lệch giữa khuôn và bộ chia nhựa. Vì hiện tượng bức xạ nhiệt không đáng kể do nhiệt độ bề mặt bộ chia nhựa và nhiệt độ thành khuôn chênh lệch không nhiều.
•   Khuôn rất cứng vững nên không cần định tâm đầu phun và miệng phun.
•   Lượng nhựa trong bộ chia nhựa ít nên thời gian lưu lại của nhựa trong bộ chia nhựa thấp hơn.

   Khuyết điểm:

•   Đối với hệ thống này, bên trong bề mặt thành kênh dẫn sẽ hình thành 1 lớp nhựa đông lại và tạo thành 1 lớp cách nhiệt làm thu hẹp kênh dẫn nên cần áp suất cao hơn.
•   Do tiết diện kênh dẫn nhỏ nên tốc độ dòng chảy thường cao và có thể làm phá hủy cấu trúc vật liệu nhựa do tốc độ cắt và nhiệt độ cao. Do đó không nên dùng loại này cho vật liệu nhạy nhiệt.

 

 

v  So sánh giữa hệ thống gia nhiệt trong và gia nhiệt ngoài.

Hình 2.11  Mặt cắt của hệ thống kênh nóng gia nhiệt ngoài và gia nhiệt trong.

 

      Mặt cắt của hệ thống gia nhiệt trong là 1 hình vành khăn, điều này góp phần tạo nên 1 lớp cách ly nhiệt do lớp nhựa tiếp xúc với thành trong của kênh dẫn bị đông lại. Còn kênh dẫn gia nhiệt ngoài thì mặt cắt của kênh dẫn là hình tròn. 

Hình 2.12 Vận tốc dòng chảy của hệ thống dùng kênh dẫn nóng gia nhiệt ngoài và

gia nhiệt trong.

 

      Đối với kênh dẫn gia nhiệt ngoài thì vận tốc dòng nhựa lớn nhất tại trung tâm của kênh dẫn và thấp nhất ở bề mặt tiếp xúc của dòng nhựa nóng chảy và thành kênh dẫn, do ma sát giữa dòng nhựa và thành. Còn kênh dẫn gia nhiệt trong thì vận tốc dòng chảy lớn nhất ở khu vực gần lõi gia nhiệt, vận tốc thấp ở khu vực thành kênh dẫn do bị ảnh hưởng của lớp nhựa mỏng bị đông lại.

 

Hình 2.13 Phân phối nhiệt độ của hệ thống kênh dẫn gia nhiệt ngoài và

 gia nhiệt trong.

 

      Sự phối hợp giữa các loại bộ chia nhựa và vòi phun khác nhau cho ta các loại kênh dẫn nóng có cấu trúc khác nhau.

   Bảng 2.4.  So sánh các loại kênh dẫn.

 

Loại kênh dẫn	Ưu điểm	Khuyết điểm
Kênh dẫn cách ly	Thiết kế tương đối đơn giản hơn.  Giá thành rẻ hơn.  Không đòi hỏi làm lạnh ở vòi phun.  Cần thời gian chu trình nhanh để duy trì tình trạng chảy của dòng vật liệu.  Thời gian khởi động lâu để đưa đến nhiệt độ ổn định của dòng chảy.
Kênh dẫn nhựa gia nhiệt trong	Phân bố nhiệt tốt hơn.  Giá thành cao và thiết kế phức tạp hơn.  Cần thiết kế cân bằng kênh dẫn và kiểm soát nhiệt tinh vi hơn.  Phải kiểm soát dãn nở nhiệt của hệ thống khuôn và các bộ phận.
Kênh dẫn gia nhiệt ngoài	Phân bố nhiệt tốt hơn.  Kiểm soát nhiệt tốt hơn.  Cần thiết kế cân bằng kênh dẫn và kiểm soát nhiệt tinh vi hơn.  Phải kiểm soát dãn nở nhiệt của hệ thống khuôn và các bộ phận.

 

b)      Phân loại theo kết cấu khuôn.

   Ngoài cách phân loại theo cách thức gia nhiệt ta còn có thể phân loại theo kết cấu khuôn.

v     Khuôn có 1 lòng khuôn đơn:

      Khuôn có lòng khuôn đơn thì hệ thống kênh dẫn nóng rất đơn giản chỉ gồm 1 đầu phun lắp trực tiếp với đầu phun máy ép. Thường không dùng để sản xuất mà chỉ dùng để thử nghiệm để tìm hiểu các thông số quá trình như: áp suất, nhiệt độ, độ co rút… trước khi sản xuất các khuôn nhiều lòng khuôn.

 

 

Hình 2.14 Kênh dẫn nóng cho lòng khuôn đơn.

 

v  Khuôn có nhiều lòng khuôn.

      Hệ thống kênh dẫn nóng nhiều lòng khuôn cũng tương tự như hệ thống nhiều lòng khuôn kênh dẫn nguội vì nó cho phép đặt miệng phun linh hoạt. Nhưng thiết kế khuôn nhiều lòng khuôn trong kênh dẫn nóng tương đối phức tạp hơn vì nó bao gồm hệ thống bạc cuống phun, bộ chia nhựa và đầu phun được gia nhiệt đều tạo thành hệ thống kênh dẫn nóng liên tục dẫn đến các lòng khuôn riêng biệt.

Hình 2.15 Khuôn có nhiều lòng khuôn và đồ thị mối quan hệ giữa chi phí và

số lòng khuôn.

 

      Dựa vào đồ thị ta thấy nếu thiết kế khuôn có nhiều lòng khuôn thì sẽ cho ta lợi về máy móc mặc dù chi phí khuôn tăng lên. Nhưng tổng chi phí giảm rất nhiều khi số lòng khuôn tăng từ 2 lên 6 lòng khuôn. Nhưng trong sản xuất người ta có thể thiết kế 32, 144 lòng khuôn để đạt hiệu quả kinh tế cao.

v  Khuôn nhiều tầng.

      Các hệ thống khuôn kép này cũng có kết cấu chung khá giống với hệ thống khuôn nhiều tầng kênh dẫn nguội, trừ hệ thống kênh dẫn trong khuôn nhiều lòng khuôn. Các hệ thống này có năng suất rất cao nhờ số lòng khuôn có thiết kế tăng gấp đôi, gấp 3 lần hay thậm chí gấp 4 lần số lòng khuôn so với khuôn thông thường trong khi chỉ tăng lực kẹp và chiều dày khuôn lên rất ít. Điều này được thực hiện bằng cách thêm vào nhiều mặt phân khuôn ở các vị trí đối xứng nhau. Để có thể dùng các loại khuôn này thì máy ép cũng cần có hệ thống kẹp cũng như các chuyển động kẹp đặc biệt. Hệ thống kẹp thường sử dụng là các thanh đòn kẹp hay các thanh răng.

Hình 2.16 Kênh dẫn nóng trong hệ thống khuôn nhiều tầng.

                  Tuy nhiên nhiều trường hợp hệ thống kênh dẫn nguội 2, 3 tấm vẫn được sử dụng phổ biến nhờ những ưu thế riêng của chúng trình bày ở bảng sau.

   Bảng 2.5.  Ưu thế của các hệ thống khuôn.

 

Hệ thống khuôn	Ưu thế
Khuôn kênh dẫn nguội 2 tấm	Dễ thay đổi màu sắc.  Dễ vận hành và bảo dưỡng.  Chi phí thấp.  Dng cho mọi loại nhựa.  Hoạt động tin cậy.
Khuôn kênh  dẫn nguội 3 tấm	Khả năng đặt miệng phun linh hoạt.  Chi phí thấp so với knh dẫn nĩng.  Khởi động nhanh.  Dễ thay đổi màu sắc nhựa.  Dng cho mọi loại nhựa.  Hoạt động tin cậy.

 

3.5.2.6   Cấu tạo hệ thống kênh dẫn nóng.

    Hệ thống kênh dẫn nóng cơ bản được xây dựng dựa trên:

• Hệ thống kênh dẫn được gia nhiệt.
• Hệ thống gia nhiệt và điều khiển nhiệt độ.

 

Hình 2.17 Các bộ phận của khuôn dùng kênh dẫn nhựa nóng thông thường.

                        3.5.2.6.1   Hệ thống kênh dẫn.

    Hệ thống kênh dẫn là hệ thống các dòng nhựa chảy trong các bộ phận của hệ thống khuôn, cung cấp nhựa cho lòng khuôn để tạo hình sản phẩm. Vì vậy nó phải được tạo thành từ các đường dẫn liên tục để nhựa chảy từ đầu phun máy ép đến các lòng khuôn.

       Cũng như các hệ thống khuôn thông thường nó bao gồm các đường dẫn nhựa phân nhánh từ cuống phun đến các kênh nhựa chính qua các kênh nhựa rồi đến thẳng các miệng phun. Tuy nhiên do đường dẫn nhựa luôn được giữ ở nhiệt độ nóng chảy của nhựa nên hệ thống kênh dẫn này cần phải được gia nhiệt liên tục. Chính vì vậy, kết cấu của các hệ thống kênh dẫn luôn gắn liền hệ thống gia nhiệt, và kiểm soát nhiệt. 

      Hệ thống kênh dẫn nóng gồm các bộ phận chính sau:

• Cuống phun
• Bộ chia nhựa
• Vòi phun

a)       Cuống phun:

      Là chỗ nối giữa vòi phun của máy phun và kênh chia nhựa. Cuống phun phải có dạng hình côn bề mặt bên trong góc côn của cuống phun tối thiểu là 1⁰ cuống phun phải nhẵn và được đánh bóng, thực tế nhà chế tạo khuôn thường thay đổi vòi phun của máy ép nhựa để phù hợp với kích thước cuống phun sao cho tiết kiệm nhất. Bán kính bạc cuống phun và bán kính vòi phun phải phù hợp với nhau để đảm bảo không có khe hở giữa chúng, thường bán kính bạc cuống phun lớn hơn 2-5mm so với bán kính vòi phun. Bạc cuống phun thường được tôi cứng để không bị vòi phun làm hỏng, kích thước cuống phun phụ thuộc vào 2 yếu tố:

• Lượng sản xuất và độ dày thành sản phẩm cũng như loại vật liệu nhựa sử dụng.
• Kích thước lỗ phun của máy cũng ảnh hưởng đến việc chọn kích thước cuống phun.

Hình 2.18 Bạc cuống phun.

      Cuống phun cũng cần gia nhiệt để đảm bảo dòng nhựa nóng chảy, nó có 1 bộ gia nhiệt và cảm biến nhiệt độ riêng. Đối với 1 số vật liệu nhựa nhạy với nhiệt độ cao thì cuống phun chiều dài từ 30 đến 50 mm có thể chênh lệch nhiệt độ từ 20⁰ C đến 30⁰ C và làm sụt giảm chất lượng bề mặt sản phẩm. Do đó, chúng cũng cần phải gia nhiệt nếu chiều dài cuống phun vượt quá 30mm. Bộ gia nhiệt thường hay sử dụng để gia nhiệt bạc cuống phun là băng nhiệt. Trong 1 số trường hợp như khi sử dụng khuôn 1 lòng người ta có thể không sử dụng bạc cuống phun mà đặt đầu phun của máy tiếp xúc trực tiếp với đầu phun nhựa của vòi phun.

 

Hình 2.19 Gia nhiệt bạc cuống phun. 

      Với những vòi phun, miệng phun có tiết diện hẹp, các tạp chất trong nhựa có thể gây tắc nghẽn, làm cản trở dòng chảy. Do đó, ở 1 số máy ép có lắp thêm bộ lọc trước bạc cuống phun để loại bỏ các tạp chất. Cần lưu ý khi sử dụng các bộ lọc này là áp lực của nhựa nóng chảy vào kênh dẫn sẽ bị sụt giảm có thể đến 30% so với khi không sử dụng nên ta cần tính toán áp suất phun hợp lý để không ảnh hưởng quá trình điền đầy.

Hình 2.20 Lắp ghép bộ lọc vào trước bạc cuống phun.

      Phần bạc cuống phun tiếp xúc với vòi phun máy ép thường được cố định bằng vòng định vị bạc cuống phun để đảm bảo khả năng tiếp xúc với vòi phun. Phần còn lại gắn vào bộ chia nhựa bằng mối ghép ren, thường thấy trong các kết cấu khuôn cần sự nhỏ gọn hoặc sử dụng mối ghép bulong để ghép chặt vào bộ chia nhựa đối với các kết cấu khuôn lớn. Tùy vào yêu cầu cụ thể của khuôn mà ta thiết kế để chọn mối lắp cũng như bạc cuống phun thích hợp.

b)       Bộ chia nhựa:

    Trong hệ thống khuôn thông thường kênh dẫn nhựa thường được thiết kế nằm ở mặt phân khuôn để có thể được đẩy ra cùng với sản phẩm. Trong hệ thống kênh dẫn nóng thì kênh dẫn nhựa phải được gia nhiệt liên tục nên chúng ta phải sử dụng 1 bộ phận riêng biệt để dẫn nhựa và gia nhiệt nhựa gọi là bộ chia nhựa.

    Bộ chia nhựa là thành phần quan trọng nhất của hệ thống kênh dẫn nóng, nó được thiết kế bao gồm một hệ thống kênh dẫn mà nhựa sau khi đã đi qua cuống phun vào hệ thống kênh dẫn sẽ được chia thành nhiều kênh nhựa dẫn đến từng lòng khuôn sản phẩm và cũng qua đó xác định số lượng và vị trí các vòi phun và kèm theo đó là một hệ thống gia nhiệt chạy dọc theo kênh dẫn và các cảm biến cùng dây dẫn nối đến bộ điều khiển bên ngoài. Bộ chia nhựa được định vị trên một tấm lòng khuôn và tấm kẹp bởi các chốt và vít, bề mặt bộ chia nhựa thường đặt cách thành khuôn khoảng 12mm để hạn chế truyền nhiệt bức xạ. Tùy theo cấu trúc của kênh nhựa mà có thể chia thành các kênh nhựa chính và các kênh nhựa phụ.

    Các kênh dẫn trong bộ chia nhựa cũng yêu cầu về cân bằng dòng trong kênh dẫn. Nếu dòng chảy không cân bằng thì chất lượng sản phẩm không đồng đều, sinh ra nhiều phế phẩm. Người ta thường chọn sơ đồ đối xứng để đảm bảo việc cân bằng dòng. Việc lựa chọn đường kính kênh dẫn phụ thuộc vào khối lượng nhựa cần thiết cho mỗi lần phun để tạo hình sản phẩm.

    Các kiểu bộ chia nhựa đối xứng như kiểu chữ X, H, I hoặc hình tròn… tùy thuộc vào yêu cầu sản xuất mà ta chọn các kiểu bố trí kênh dẫn thích hợp.

Hình 2.21 1 số bộ chia nhựa tiêu chuẩn mà các công ty cung cấp.

    Vì các lòng khuôn thường được đặt nằm ngang theo phương song song với kênh dẫn trong bộ chia nhựa nên ta phải tạo đoạn rẽ nhánh để chuyển hướng dòng nhựa theo phương vuông góc. nếu thiết kế không tốt có thể gây nên hiện tượng sụt áp hoặc là điểm chết làm ảnh hưởng đến quá trình điền đầy. Thường các chỗ rẽ được thiết kế có góc lượn để tránh các vấn đề trên.

    Nung nóng hệ thống kênh dẫn trong tấm chia nhựa manifold:

    Bộ phận chia nhựa được nung nóng nhờ các thiết bị gia nhiệt, ta cũng phân ra bộ chia nhựa gia nhiệt ngoài và gia nhiệt trong như đã nói ở phần trên. Sự nung nóng hệ thống kênh dẫn dựa vào công suất nhiệt yêu cầu và mối quan hệ không gian. Công suất nhiệt lớn nhất trên 1 không gian nhỏ nhất có thể đạt được bằng cách sử dụng thiết bị nung nóng công suất cao. Tuy nhiên nếu tăng mật độ công suất có thể dẫn đến hiện tượng quá nhiệt cục bộ kênh nóng hoặc các phần tử của nó. Điều kiện quan trọng nhất của thiết bị gia nhiệt là khả năng chuyển tiếp nhiệt tốt tới đối tượng nung nóng. Vì vậy người chế tạo thiết bị gia nhiệt cần chú ý dung sai lắp ghép để tạo điều kiện cho bộ chia nhựa có thể nhận được tối đa nhiệt lượng mà bộ phận gia nhiệt cung cấp, hạn chế thất thoát nhiệt.

Hình 2.22 Bộ chia nhựa gia nhiệt trong.

 

Hình 2.23 Bộ chia nhựa gia nhiệt ngoài.

    Bộ chia nhựa có thể ghép thêm những modun phụ để ta có thể đặt vị trí miệng phun nghiêng 1 góc so cho những sản phẩm yêu cầu vị trí miệng phun phức tạp hơn, hoặc ứng dụng trong hệ thống khuôn nhiều miệng phun khi ta cần mở rộng tấm chia nhựa.

Hình 2.24 Miếng ghép bộ chia nhựa và vòi phun đặt nghiêng.

    Ngoài bộ chia nhựa dạng 1 tấm như thường thấy chúng ta còn có bộ chia nhựa dạng 2 tấm ghép lại với nhau. Tuy nhiên thiết kế này yêu cầu độ chính xác khi gia công 2 nửa bộ chia nhựa cao, nên ít thấy sử dụng. Thông thường người ta thường sử dụng bộ chia nhựa dạng 1 tấm kết hợp với các chốt rẽ nhánh dòng nhựa gắn kèm theo.

c)      Vòi phun:

    Vòi phun là chi tiết liên kết giữa kênh chia nhựa và lòng khuôn và là nơi nhận nhựa từ bộ chia nhựa để tiếp tục phun vào khoang tạo hình. Có nhiều dạng vòi phun với các kích thước khác nhau. Việc lựa chọn kiểu vòi phun phải dựa vào yêu cầu của sản phẩm, loại vật liệu nhựa sử dụng cũng như khối lượng sản phẩm. Nếu ta sử dụng nhiều hơn một vòi phun để điền đầy vật thể thì ta sử dụng tỷ số khối lượng trên vòi phun để chọn đúng kích thước của vòi phun.

    Yêu cầu của vòi phun rất đa dạng :

• Yêu cầu chính của vòi phun là đảm bảo nhựa được đưa đến miệng phun vào khoang tạo hình mà không bị biến tính do nhiệt độ.
• Hạn chế sự mài mòn, đặc biệt đối với nhựa có tính mài mòn cao.
• Hạn chế việc sụt giảm áp suất trong vòi phun.
• Tạo ra nhiệt độ đồng đều của chất lỏng trong đường chảy sao cho nhựa có thể đạt được tới miệng phun mà không đông cứng.
• Tách được nhiệt giữa vòi phun nóng và khuôn nguội vì khuôn không được phép bị đốt nóng.
• Phải tách sạch sẽ và làm tái tạo được giữa những chất dẻo lỏng ở trong kênh và sản phẩm đã đông cứng(không bị kéo thành sợi).
• Phải làm kín được các vị trí chuyển tiếp từ kênh chia nhựa đến vòi phun và từ vòi phun đến lòng khuôn.

    Người ta phân biệt phun gián tiếp (vòi phun kết thúc trên 1 cuống phun rút ngắn) và phun trực tiếp (vòi phun kết thúc trực tiếp ở 1 lòng khuôn).

    Vòi phun gắn liền với miệng phun và ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế và hiệu quả của miệng phun. Vòi phun có thể được gia nhiệt trực tiếp bằng nguồn nhiệt có bộ kiểm soát nhiệt độ riêng hoặc được gia nhiệt gián tiếp (thông qua 1 sự dẫn nhiệt). Những loại vòi phun gia nhiệt gián tiếp thường đơn giản, chi phí thấp nhưng chúng ta không kiểm soát được nhiệt độ, cũng như khó khăn khi điều chỉnh việc thay đổi nhiệt độ ở từng vùng riêng biệt. Vì vậy, các đầu phun này hầu như không còn được sử dụng trong các hệ thống hotrunner hiện nay nữa. Còn đối với loại đầu phun được gia nhiệt trực tiếp thì có cả dạng gia nhiệt từ bên trong hoặc bên ngoài vòi phun. Các nhà cung cấp hệ thống kênh dẫn nóng cung cấp khá nhiều thiết kế vòi phun. Việc chọn lựa vòi phun thích hợp phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm và loại vật liệu dùng để gia công.

Hình 2.25 Vòi phun của hệ thống kênh dẫn nóng.

v  Vòi phun dẫn nhiệt.

    Trong thiết kế vòi phun loại này nhiệt lượng được dẫn từ bộ chia nhựa qua thân vòi phun dẫn nhiệt hay các thanh dẫn nhiệt đến miệng phun. Do đó, các vòi phun này không có bộ điều khiển nhiệt độ.

    Các đầu phun dẫn nhiệt này thường làm bằng vật liệu dẫn nhiệt cao như Cu-Be. Để kiểm soát nhiệt độ của các đầu phun độc lập với nhau, các đoạn kênh dẫn tương ứng của bộ chia nhựa cần được gia nhiệt riêng biệt, điều này có thể thực hiện bởi các cặp ống đốt nóng đặt dọc kênh dẫn. 

    Việc gia nhiệt gián tiếp cho các đầu phun có nhược điểm là để thay đổi nhiệt độ nhỏ ở vùng miệng phun thì cần thay đổi nhiệt độ nhiều ở vùng bộ chia nhựa vì do tổn hao khi truyền nhiệt. Điều này dẫn đến các biến đổi nhiệt lớn trong bộ chia nhựa làm ảnh hưởng đến lượng giãn nở nhiệt độ của bộ chia nhựa và đặc biệt có thể làm tăng nhiệt độ kênh dẫn lên quá mức cho phép gây biến tính nhựa.         

   Ưu điểm :

• Chi phí thấp.
• Không phải xử lý kiểm soát nhiệt độ hay bộ gia nhiệt.

    Nhược điểm :

• Chiều dài vòi phun bị giới hạn vì chúng dẫn nhiệt từ bộ chia nhựa.
• Không có kiểm soát nhiệt độ cho vòi phun.
• Kiểm soát nhiệt đều giữa các đầu phun phụ thuộc vào sự phân bố nhiệt đều của bộ chia nhựa.

    Chính vì những nhược điểm trên nên các loại vòi phun dẫn nhiệt hầu như hiện nay không được sử dụng nữa.

v  Vòi phun gia nhiệt ngoài.

    Hệ thống vòi phun sử dụng đầu phun gia nhiệt từ bên ngoài tạo cho chúng ta một kênh dẫn tròn. Ống này thường bao quanh bởi 1 bộ phận đốt nóng dạng băng nhiệt, hoặc trong 1 số trường hợp phần tử đốt nóng được đúc trong ống rót. 

Hình 2.26 Vòi phun gia nhiệt ngoài

 

    Khoang chứa vòi phun trên các tấm khuôn thường được thiết kế cách thân vòi phun 1 khoảng nhất định để tạo lớp cách ly bằng không khí, một số vòi phun có lớp vỏ cách ly bên ngoài để hạn chế quá trình truyền nhiệt bức xạ đến các lòng khuôn.

    Trong hệ thống vòi phun nhựa nóng gia nhiệt ngoài, kênh dẫn nhựa hình tròn. Ưu điểm của thiết kế này là nhựa chảy dẻo có nhiệt độ xác định và mặt cắt dòng chảy là hình tròn nên cản trở dòng chảy nhỏ hơn so với gia nhiệt bên trong. Tuy nhiên hệ thống này cũng có khuyết điểm là bị giãn nở nhiệt có 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.

v  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

v  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.

v  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.

v  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 3^oC . Thông thường nhiệt độ đầu vào nên thấp hơn nhiệt độ khuôn mà ta mong muốn là 10-20^oC. Nhiệt chênh lệch giữa chất lỏng làm nguội và thành kênh dẫn nên nằm trong khoảng 2-5^o 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 > 3^oC.
• Kênh làm nguội phải được khoan để có độ nhám tạo ra sự chảy rối trong kênh

1. 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.                                       

2. 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.

b)      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:

v  Loại chất lỏng làm nguội phải được lựa chọn phù hợp với yêu cầu giải nhiệt cho từng khuôn sản phẩm.

v  Nhiệt độ dầu váo của chất lỏng tùy thuộc vào yêu cầu về tốc độ làm nguội của sản phẩm.

v  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.

3. Các chi tiết khuôn cần làm nguội:

vLàm 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.

vLàm 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.

vLàm nguội lòng khuôn:

               Lòng khuôn có thể làm nguội tốt vì có sự dẫn nhiệt tốt đến các phần khác của khuôn.

vLàm 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.

 

 

4.  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.

5. Tính toán hệ thống làm nguội:
   1. Mục đích:

o   Làm nguội đồng đều sản phẩm nhựa.

o   Đạt đến nhiệt độ dỡ khuôn cần thiết để tiếp tục chu kỳ ép phun.

o   Giảm thời gian chu kỳ.

o   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.

1. Một số nguyên tắc dựa trên kinh nghiệm thực tiển về thiết kế hệ thống giải nhiệt.

o   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.

o   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.

1. Quá trình tính toán phân tích hệ thống giải nhiệt:

o   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.

           

o   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        .

o   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.

o   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