Đang tải... (xem toàn văn)
ÉP PHUN CÓ TRỢ KHÍ - GAIM (GAS ASSISTED INJECTION MOLDING)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG o0o BÀI BÁO CÁO MÔN THIẾT KẾ - CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA CHỦ ĐỀ SỐ : ÉP PHUN CÓ TRỢ KHÍ - GAIM (GAS ASSISTED INJECTION MOLDING) GVHD: Trần Minh Thế Uyên 1 I. GIỚI THIỆU I.1 Giới thiệu chung Trong lĩnh vực sản xuất nhựa, ép phun có trợ khí là một công nghệ tương đối mới và đã nhanh chóng phát triển. Nguyên lý thực hiện của nó gần giống với khuôn thổi, vì vậy đôi khi nó gây ra sự nhầm lẫn giữa ép phun có trợ khí và khuôn thổi. Hình I.1-1: Sơ đồ khuôn ép phun có trợ khí 2 Đường khí vào Hình I.1-2: Khuôn thổi chai nhựa Khi lần đầu tiên được áp dụng, ép phun có trợ khí chỉ được xem như một giải pháp tạm thời nhằm giải quyết các vấn đề trong ép các chi tiết nhựa có bề dày lớn. Tuy nhiên, ngày nay, nó đã trở thành một lĩnh vực riêng trong ngành nhựa nói chung. Như đã biết, trong phun ép sản phẩm nhựa, chi tiết có bề dày càng lớn, hệ số co rút càng cao. Điều này dẫn đến các khuyết tật lõm và cong vênh. Hơn nữa trong các khuôn lớn với chi tiết có kết cấu phức tạp, khả năng điền đầy là rất thấp. Do đó, công nghệ ép phun có trợ khí được đưa ra và đã giải quyết rất tốt các vấn đề này. 3 Hình I.1-3: Một số lỗi trên sản phẩm nhựa Nguồn: Structure of gas-assisted injection moulded parts , trang 139 An overview of gas-assisted injection molding, trang 6 Giáo trình công nghệ ép phun, chương 6- xử lý các khuyết tật trên sản phẩm. http://www.injectionmouldings.org/archives/46 I.2 Khái niệm Ép phun có trợ khí là một công nghệ trong sản xuất khuôn nhựa được áp dụng trong ép các chi tiết có bề dày lớn và cho phép có lỗ rỗng bên trong (các loại tay cầm nhựa, tay đỡ nhựa, các loại ống ). Bằng cách bơm khí vào và giữ áp lực, hỗn hợp nhựa nóng chảy có khả năng điền đầy vào các vị trí góc cạnh của khuôn, giữ áp lực khí trong quá trình làm lạnh làm cho chi tiết tránh được các khuyết tật lõm co và cong vênh, cho bề mặt sản phẩm đẹp. Khí thường sử dụng là nitơ. Trong các trường hợp đặc biệt, có thể sử dụng chất lỏng (nước) để thay cho khí. Ngày nay, ép phun có trợ nước cũng đã phát triển và nằm trong nhóm phương pháp ép phun có trợ chất lưu động (fluid assisted injection molding). Chất lưu động ở đây có thể là khí, nước, hoặc dung dịch đặc biệt khác. (có video đi kèm) 4 Hình I.2-1: Sản phẩm ép phun có trợ khí điển hình 5 Hình I.2-2: Sản phẩm nhựa khuôn thổi điển hình Vì sản phẩm của ép phun có trợ khí và khuôn thổi đều có lỗ rỗng nên nó gây ra sự nhầm lẫn với nhau. Tuy nhiên, điểm khác biệt giữa ép phun có trợ khí và khuôn thổi là tiết diện mặt cắt lỗ và chức năng của lỗ. Sản phẩm ép phun có trợ khí có một bức tường thành khá dày xung quanh lỗ tương đối nhỏ. Nhìn chung, trong ép phun có trợ khí, sản phẩm giảm đi 10% trọng lượng cho lỗ, trong khi đó, ở sản phẩm khuôn thổi, đến hơn 80% tiết diện mặt cắt ngang là lỗ. Sau này, người ta nhận thấy có khả năng giảm hơn nữa trọng lượng sản phẩm nên để tiết kiệm vật liệu và rút ngắn thời gian làm mát, các sản phẩm ép phun có trợ khí giảm đi nhiều về trọng lượng nhưng vẫn đạt được mục đích công nghệ. Về chức năng, lỗ trong sản phẩm ép phun có trợ khí và khuôn thổi cũng không giống nhau. Lỗ trong sản phẩm ép phun của trợ khí là thành phần phụ được đưa vào nhằm mục đích nâng cao chất lượng bề mặt và tiết kiệm nguyên liệu, còn đối với sản phẩm khuôn thổi, lỗ là một yêu cầu kỹ thuật rất quan trọng (thể tích, đường kính lỗ, miệng lỗ…), và nó chính là mục đích sử dụng của sản phẩm. Vì vậy, đây chính là đặc điểm phân biệt giữa ép phun có trợ khí và khuôn thổi. Nguồn: An overview of gas-assisted injection molding, trang 6 Airmould, trang 9 I.3 Mục đích, ưu-nhược điểm của ép phun có trợ khí I.3.1 Mục đích 6 Trong ép các sản phẩm nhựa, việc giải quyết các vấn đề về hệ số co rút rất khó khăn. Hệ số co rút là một thông số phụ thuộc vào nhiều yếu tố (nhiệt độ, thể tích, thành phần nhựa, áp lực ép…) và việc tính toán phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người hoạt động trong lĩnh vựa khuôn ép nhựa. Hiện nay, các phần mềm CAE là một công cụ hỗ trợ đắc lực trong việc phân tích. Hệ số co rút không chỉ làm giảm cơ tính sản phẩm mà nó còn là nguyên nhân chủ yếu làm cho bề mặt sản phẩm không đẹp. Đặc biệt, trong sản xuất nhựa, kiểu dáng và thẩm mỹ là một trong những yếu tố được quan tâm hàng đầu. Vì thế, việc giải quyết các lỗi phát sinh do hệ số co rút là rất quan trọng. Trong sản xuất nhựa, các sản phẩm có bề dày càng lớn, hệ số co rút càng lớn gây nên các khuyết tật lõm co, cong vênh, hơn nữa với chi tiết phức tạp việc điền đầy hỗn hợp nhựa là rất khó khăn. Do đó, công nghệ ép phun ra đời nhằm mục đích giải quyết vấn đề này trên các sản phẩm cho phép có lỗ rỗng ở giữa. Đây chính là mục đích quan trọng nhất cho sự ra đời của công nghệ ép phun có trợ khí. I.3.2 Ưu-nhược điểm của phương pháp ép phun có trợ khí I.3.2.a Ưu điểm Công suất máy không quá lớn vì hỗn hợp chỉ cần đưa vào trong khuôn chứ không cần ép để đi hết chiều dài khuôn. Lực ép nhỏ vì khí với áp suất cao phân bố lực đều lên khắp thành khuôn. Chất lượng sản phẩm được cải thiện do được điền đầy và khắc phục được các khuyết tật, nâng cao chất lượng bề mặt. Khả năng của phương pháp sản xuất được sản phẩm đa dạng. Giảm thời gian của chu trình ép (so với các phương pháp khác khi ép các sản phẩm có cùng độ lớn) và so với chi tiết đặc có cùng kích thước vì thời gian làm nguội chi tiết đặc lâu hơn. Độ bền cơ học cao so với chi tiết đặc do trọng lượng được giảm đi, lực chỉ phân bố lên thành sản phẩm. Giảm thiểu, khử các khuyết tật lõm và cong vênh do giữ áp suất khí trong quá trình làm lạnh. Ứng suất dư nhỏ đảm bảo sự ổn định về kích thước sản phẩm. Đảm bảo độ dẻo, độ đàn hồi sản phẩm. Có thể thay thế cho hệ thống kênh dẫn nóng làm giảm chi phí khuôn. Các sản phẩm ứng dụng công nghệ phun ép có trợ khí: các loại dụng cụ cầm tay, công nghiệp đồ chơi, vỏ tivi, cần gậy đánh golf, tấm ván sau rổ bóng rổ, một số đồ trang trí nội thất, khay đĩa CD… và đặc biệt là các sản phẩm trang trí xe hơi (gương chiếu hậu, đèn xe, tay nắm cửa…), các sản phẩm yêu cầu độ bóng bề mặt. Hình I.3-1 là thể hiện một số sản phẩm ứng dụng công nghệ ép phun có trợ khí. 7 Nguồn: Know how for gas assisted injection molding technology, trang 3,4,5 An Overview of Gas-Assist Injection Molding trang 15 http://zing.4share.vn/docs/1725/Khuon_mau__Phan_2.html Hình I.3-1: Một số ứng dụng của công nghệ ép phun có trợ khí I.3.2b Nhược điểm Vấn đề bản quyền sở hữu, các chi tiết quan trọng như đầu phun khí…, các phần mềm CAE hỗ trợ thường do một số nhà cung cấp nắm bản quyền. Chi phí sản xuất khá cao ($30,000 đến $85,000) do phải trang bị thêm một hệ thống phun và kiểm soát áp suất khí phức tạp. Khí sử dụng trong ép phun có trợ khí là nitơ tuy rẻ nhưng là một loại khí nguy hiểm nên gây ô nhiễm. Việc chế tạo đầu phun khí phát sinh nhiều chi phí phụ. Phương thức đưa khí vào có ý nghĩa quan trọng đối với cả quá trình (nguyên nhân sẽ được trình bày ở phần III.2), nếu đầu phun nhựa và phun khí trùng nhau thì việc chế tạo rất khó khăn. Nguồn: An Overview of Gas-Assist Injection Molding trang 15,16 http://zing.4share.vn/docs/1725/Khuon_mau__Phan_2.html 8 II. Nguyên lý hoạt động của phương pháp ép phun có trợ khí II.1 Nguyên lý chung Nhìn chung, nguyên lý hoạt động của phương pháp ép phun có trợ khí gần giống với khuôn thổi, điểm khác nhau cơ bản là trong khuôn thổi, phôi được gia công riêng sau đó đem gia nhiệt và thổi thành sản phẩm. Ép phun có trợ khí trải qua 2 quá trình: Hỗn hợp nhựa dẻo được đưa vào khuôn Hình II.1-1: Biểu diễn dòng nhựa dẻo vào khuôn Khí được đưa vào bên trong lớp vật liệu nhựa sẽ đi đến nơi có lực cản nhỏ nhất (áp suất cản nhỏ và nhiệt độ cao). Khi đó khí sẽ tạo lõi bằng cách choáng chỗ phần vật liệu bị đẩy đi. Hình II.1-2: Biểu diễn khí đưa vào lòng khuôn Nguồn: An Overview of Gas-Assist Injection Molding trang 6 http://zing.4share.vn/docs/1725/Khuon_mau__Phan_2.html II.2 Quá trình hoạt động của phương pháp ép phun có trợ khí Tùy vào sản phẩm, tùy vào thiết bị và tùy vào cách phân chia mà quá trình ép phun có trợ khí có thể chia thành 3, 4 hoặc 5 giai đoạn. Hình II.2-2 mô tả một cách đầy đủ toàn bộ chu trình hoạt động của một quá trình ép phun có trợ khí. Đối với bộ khuôn đơn giản, quá trình này được chia làm 4 bước (hình II.2-1): 9 Đóng khuôn và phun keo Bơm khí và điền đầy Giữ khí, bịt kín và làm lạnh Mở khuôn, lói sản phẩm Đầu tiên, hỗn hợp nhựa dẻo được đưa vào khuôn (hình II.2-1a) Khí không được ngay lập tức bơm vào mà sau một khoảng thời gian trễ (rất ngắn, khoảng vài giây) mới được đưa vào (hình II.2-1b). Khoảng thời gian trễ này nhằm thiết lập lớp vật liệu rắn bên ngoài sản phẩm gọi là lớp vỏ. Độ dày lớp vỏ tùy thuộc vào khoảng thời gian trễ, thời gian trễ ngắn làm cho lớp vỏ có bề dày mỏng hơn mong muốn. Độ dày của lớp vỏ cũng phụ thuộc vào thể tích hỗn hợp lỏng trong lòng khuôn. Nhiệm vụ của lớp vỏ là ngăn áp lực khí xuyên thủng sản phẩm. Hình II.2-1: Các bước của quá trình ép phun có trợ khí 10 [...]... phun có trợ khí nằm trong nhóm phương pháp ép phun có trợ chất lưu động (fluid assisted injection molding) Chất lưu động ở đây có thể là nước, khí hoặc các loại dung dịch đặc biệt khác Công nghệ ép phun có trợ chất lưu động lần đầu tiên được ngiên cứu ở trường đại học Aachen, CHLB Đức Được phát triển từ ép phun có trợ khí nên ép phun có trợ nước về nguyên lý thực hiện hoàn toàn giống ép phun có trợ khí. .. nhận khí từ hệ thống sinh áp suất khí và cấp khí vào sản phẩm hình IV. 4-1 (a và b) là hình ảnh về 2 loại đầu phun khí này Hình IV. 4-1 : Đầu phun khí chung (a) và riêng (b) Nguồn : Airmould 24 IV.5 Một số hình ảnh về hoạt động của hệ thống ép phun có trợ khí 25 26 V V.1 Ép phun có trợ nước (Water Assisted Injection Molding) Tổng quan Ép phun có trợ nước là một công nghệ ép phun được phát triển từ ép phun. .. công nghệ cho ép phun có trợ khí 20 Tùy vào sản phẩm, tùy vào quá trình và tùy vào phương thức thực hiện cũng như các yếu tố kỹ thuật mà một hệ thống ép phun có trợ khí sẽ có những thành phần, thiết bị phụ trợ khác nhau và kích cỡ, năng suất cũng khác nhau Tuy nhiên, về cơ bản, một hệ thống ép phun có trợ khí bao gầm các thành phần sau được cung cấp bởi nhà sản xuất thiết bị ép phun có trợ khí nổi tiếng,... sinh áp suất khí Bộ điều khiển áp suất khí tĩnh có thể được gắn trên máy ép, bộ sinh áp suất khí động có thể di chuyển Hình IV. 3-1 (a và b) là hình ảnh bộ điều khiển áp suất khí tĩnh và động 23 Hình IV. 3-1 : hệ thống điều khiển áp suất khí tĩnh (a) và động (b), cổng giao tiếp (c) IV.4 Đầu phun khí (Airmould nozzles) Có 2 loại: đầu phun khí chung với đầu phun nhựa và đầu phun khí riêng để cấp khí vào những... III. 3-6 biểu diễn quá trình phun kết hợp Hình III. 3-6 : Sơ đồ quá trình phun kết hợp III.3.2 Quá trình phun khí sinh áp suất ngoài Đây là một dạng khá mới của ép phun có trợ khí Loại này chủ yếu được dùng trong tạo gân trợ lực cho chi tiết Hình III. 3-7 biểu diễn quá trình phun khí sinh áp suất ngoài 18 Hình III. 3-7 : Sơ đồ quá trình phun khí sinh áp suất ngoài Nguồn: Airmould III.4 Kiểm soát lượng khí. .. khuôn, sau đó khí được phun vào để tăng áp suất ép, phần vật liệu bị choáng bởi khí đưa vào sẽ tràn ra ngoài qua khe tràn Hình III. 3-3 biểu diễn quá trình phun tràn Hình III. 3-3 : Sơ đồ quá trình phun tràn Quá trình phun khí từ lưng (back-to-screw process): hỗn hợp nhựa điền đầy hoàn toàn sau đó phun khí vào tạo thành ống khí ở giữa Hình III. 3-4 biểu diễn quá trình phun khí từ lưng 17 Hình III. 3-4 : Sơ đồ... phun có trợ nước Ngoài những đặc điểm thừa hưởng từ phương pháp ép phun có trợ khí, phương pháp ép phun có trợ nước còn có những đặc điểm khác Ưu điểm: Rút ngắn thời gian chu kỳ ép phun vì sản phẩm được làm lạnh trực tiếp bên trong sản phẩm ngay lúc đưa nước vào Không cần thiết bị sinh khí nitơ như ở ép phun có trợ khí vì nước đưa vào có thể lấy trực tiếp ngoài tự nhiên và chỉ cần đi qua thiết bị lọc... chơi trẻ em Hình V. 1-1 là hình ảnh sản phẩm đầu tiên ứng dụng công nghệ ép phun có trợ nước và hình V. 1-2 là các mặt hàng cao cấp ứng dụng công nghệ này 27 Hình V. 1-1 : Sản phẩm tay lái và phuộn trước xe đồ chơi trẻ em Nguồn: Airmoild-Aquamould Lái xe an toàn với Aquamould 28 Hình V. 1-2 : Một số sản phẩm ứng dụng công nghệ ép phun có trợ nước V.2 Ưu nhược điểm của phương pháp ép phun có trợ nước Ngoài những... vào để hoàn tất quá trình điền đầy Hình III. 3-1 trình bày sơ đồ bắn phun khí Hình III. 3-1 : Sơ đồ bắn phun khí Quá trình phun hoàn toàn (full shot process): hỗn hợp nhựa dẻo điền đầy hoàn toàn vào khuôn, sau đó khí được phun vào để tránh co rút Hình III. 3-2 biểu diễn quá trình phun khí hoàn toàn Hình III. 3-2 : Sơ đồ quá trình phun khí hoàn toàn Quá trình phun tràn (overflow process): hỗn hợp nhựa nóng... đáng kể so với ép phun có trợ khí vì nước có khả năng sinh ra áp suất lớn và ổn định hơn do độ nén của nước thấp hơn khí Hơn nữa có thể sản xuất được các sản phẩm có đường kính lớn Chất lượng bề mặt trong lòng sản phẩm được nâng cao do đó có thể sử dụng được lỗ rỗng bên trong Hình V. 2-1 : Chất lượng bề mặt trong lòng sản phẩm ép phun có trợ nước Cân bằng được bề dày thành sản phẩm 29 Hình V. 2-2 : Độ cân . ép phun có trợ khí và khuôn thổi. Nguồn: An overview of gas -assisted injection molding, trang 6 Airmould, trang 9 I.3 Mục đích, ưu-nhược điểm của ép phun có trợ khí I.3.1 Mục đích 6 Trong ép. phun có trợ chất lưu động (fluid assisted injection molding). Chất lưu động ở đây có thể là khí, nước, hoặc dung dịch đặc biệt khác. (có video đi kèm) 4 Hình I. 2-1 : Sản phẩm ép phun có trợ khí. THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG o0o BÀI BÁO CÁO MÔN THIẾT KẾ - CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA CHỦ ĐỀ SỐ : ÉP PHUN CÓ TRỢ KHÍ - GAIM (GAS ASSISTED INJECTION MOLDING) GVHD: Trần