Chương 2: Gas injection 11 Chương 2 Gas injection 2.1 Khái niệm Gas injection là kỹ thuật ép phun đặc biệt, ứng dụng khí để tạo kết cấu rỗng trong quá trình tạo sản phẩm nhựa. Khí được phun vào chi tiết nhờ một hệ thống dẫn khí riêng biệt. khí sử dụng thường dùng là khí nitrogen. Trong những điều kiện đặc biệt có thể dùng chất lỏng để tạo phần rỗng cho chi tiết. 2.2 Tổng quan 2.2.1 Tổng quan về công nghệ ép phun a. Công nghệ ép phun là gì ? Một cách đơn giản nhất. công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lòng khuôn. Một khi nhựa được làm nguội và đông cũng lại trong lòng khuôn thì khuôn được mở ra và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy. Trong quá trình này không có bất kỳ một phản ứng hóa học nào. b. Nhu cầu và hiệu quả kinh tế của công nghệ ép phun Sản phẩm nhựa ngày nay là vô cùng phong phú và đa dạng, từ các sản phẩm đơn giản như dụng cụ học tập như: thước, viết, compa hay đồ chơi trẻ em tới những sản phẩm phức tạp như: bàn, ghế,vỏ tivi, vi tính hay các chi tiết dùng trong ô tô và xe máy… chứng tỏ sự thân thiện và cần thiết của công nghệ ép phun trong ngành công nghiệp nhựa của chúng ta. Hình 2.1 Mặt đồng hồ xe máy Hình 2.2 Khay cơm Hình 2.3 Ghế nhựa Chương 2: Gas injection 12 Với các tính chất như: độ dẻo, nhẹ, có thể tái chế… vật liệu nhựa đã thay thế các loại vật liệu khác như: sắt, đồng, nhôm, gang… đang ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên. Vì vậy trong tương lai, khả năng thay thế của nhựa đồi với các vật dụng kim loại là rất lớn và ngành nhựa có tiểm năng phát triển rất cao. Những ưu điểm của khuôn ép phun: • Tạo ra sản phẩm có hình dáng phực tạp tùy ý. • Hình dáng giãu hai mặt có thể khác nhau. • Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp lại cao. • Sản phẩm sau khi ép có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên không cần gia công lại • Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc 2.2.2 Quá trình ép phun Quá trình ép phun là quà trình quan trọng nhất trong việc tạo các sản phẩm chất dẻo. Tương tự như quá trình đùn, xy lanh được gia nhiệt trước tiên. Sau đó, các hạt nhựa được cấp vào vào xy lanh và cũng được gia nhiệt. Quá trình chuyển động của xylanh ép các hạt nhựa nóng chảy vào bộ phận chứa, để tạo nên áp suất phun cao. Khi áp suất phun đạt từ 70 Mpa – 200 Mpa, quá trình phun chất dẻo đã nóng chảy từ bộ phận chứa vào khuôn. Khuôn được mở ra sau thời gian làm nguội nhất định, và sản phẩm được lấy ra sau khi khuôn được mở. Hình 2.4 Hộp cắm bút Hình 2.5 Dao cắt giấy Chương 2: Gas injection 13 2.2.3 Quy trình thiết kế khuôn Hình 2.6 Sơ đồ quá trình thiết kế khuôn 2.2.4 Sơ đồ máy ép phun 2.2.4.1 Cấu tạo chung Một máy ép phun cơ bản bao gồm các hệ thống sau : • Hệ thống kẹp ( cụm kẹp ). • Hệ thống khuôn ( cụm khuôn ). • Hệ thống phun ( cụm phun ). • Hệ thống hỗ trợ ép phun ( cụm ép phun ) Chương 2: Gas injection 14 Hình 2.7 Máy ép phun a. Hệ thống kẹp Hệ thống kẹp có chức năng đóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm thoát khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép phun. Hệ thống này bao gồm các bộ phận : • Cụm đẩy của máy ( Machine ejectors ) : gồm xylanh thủy lực, tấm đẩy và cần đẩy. Chúng có chức năng tạo ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn . Hình 2.8 Cụm đẩy Chương 2: Gas injection 15 • Cụm kỉm ( Clamp cylinders ) : có hai loại chính là loại dung cơ cấu khuỷu vả loại dùng xylanh thủy lực. Chức năng chính là cung cấp lực để đóng mở khuôn và lực để giữ khuôn đóng trong suốt quá trình phun. a. Khuôn đóng b. Khuôn mở Hình 2.9 Cụm kìm dùng cơ cấu khuỷu a. Khuôn đóng Chương 2: Gas injection 16 b. Khuôn mở Hình 2.10 Cụm kìm dùng xylanh thủy lực • Tấm di động ( Moveble platen ). Hình 2.11 Tấm đi động và vị trí của nó trên máy • Tấm cố định ( Stationary platen ). Hình 2.12 Tấm cố định và vị trí của nó trên máy Chương 2: Gas injection 17 • Thanh nối ( Tie bars ). Hình 2.13 Vị trí thanh nối trên máy • Dưới đây là cấu tạo chung của hệ thống kẹp. Hình 2.14 Hệ thống kẹp b. Hệ thống khuôn Cấu tạo chung của một bộ khuôn gồm các thành phần sau đây : Chương 2: Gas injection 18 Hình 2.15Cấu tạo một bộ khuôn cơ bản Các chức năng chính : • Vít lục giác : liên kết các tấm khuôn và tạo tính thẩm mỹ. • Vòng định vị : định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun. • Bạc cuống phun : dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa • Khuôn cái : tạo hình cho dản phẩm. • Bạc định vị : đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái. • Tấm kẹp trước : giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép. • Vỏ khuôn cái và vỏ khuôn đực : thưởng được làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với khuôn cái nhằm đảm bảo tính kinh tế mà vẫn đảm bảo yếu tố kỹ thuật. • Chốt hồi : hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng • Khuôn đực : tạo hình cho sản phẩm. Chương 2: Gas injection 19 • Chốt định vị : dẫn hướng và định vị khi khuôn đóng • Tấm đỡ : tăng bền cho khuôn trong quá trình làm việc. • Gối đỡ : tạo khoảng trống để tấm đẩy hoạt động. • Tấm giữ : giữ các chốt đẩy. • Tấm đẩy : đẩy các chốt đẩy đề lói sản phẩm rời khỏi khuôn. • Tấm kẹp sau : giữ cố định bộ đi động của khuôn trên máy ép nhựa. • Gối đỡ phụ : tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun. c. Hệ thống phun : Hệ thống phun có nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thong qua các quá trình : cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và định hình sản phẩm. Hình 2.16 Hệ thống phun Hệ thống này gồm các bộ phận : • Phễu cấp liệu ( Hopper ). • Khoang chứa liệu ( Barrel ). Chương 2: Gas injection 20 • Các băng gia nhiệt ( Heater band ) : gia nhiệt và duy trì nhiệt độ cho nhựa dẻo. Hình 2.17. Băng gia nhiệt • Trục vít ( Screw ) : có chức năng nén, làm chảy nhựa dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa dẻo vào khuôn Hình 2.18 cấu tạo trục vít • Bộ hồi tự hở ( Non-return Assembly ). • Vòi phun ( Nozzle ). d. Hệ thống hỗ trợ ép phun Là hệ thống giúp vận hành máy ép phun. Hệ thống này bao gồm : [...]... làm nguội 2.2.4.2 Chu kỳ ép phun 22  Chương 2: Gas injection   Hình 2.23 Biểu đồ áp suất khí phun 2.3 Tổng quan về Gas assist injection molding a Lịch sử hình thành Kỹ thuật nghiên cứu tạo các chi tiết nhựa rỗng đã được nghiên cứu từ nhiều năm về trước Năm 1944, Opavsky đã phát minh ra kỹ thuật phun khí hoặc chất lỏng vào trong nhựa Kỹ thuật này dùng một kim phun đặc biệt để phun khí Tuy nhiên, kỹ thuật... Biểu diễn vị trí phun khí thông qua cổng phun ( Nozzle ) Khi phun khí trực tiếp vào khuôn, hệ thống cổng phun khí phải được thiết kế riêng biệt, việc lắp đặt các bạc dẫn hướng phải được lưu ý trước tiên cho quá trình phun khí 29  Chương 2: Gas injection   a b c d Hình 2.34 Biểu diễn quá trình phun khí trực tiếp vào khuôn thông qua cổng phun a Quá trình phun nhựa vào khuôn b Quá trình phun khí váo khuôn... gian làm nguội 32  Chương 2: Gas injection   Giảm lực kẹp khuôn, giảm áp suất hun Giảm giá thành gia công khi thay thế các hệ thống kênh dẫn nóng bằng hệ thống gas injection • Nhược điểm : Chi phí ban đầu hơi cao Cấu tạo của cụm phun phức tạp hơn ( trường hợp miệng phun nhựa với miệng phun khí chung nhau ) 2.4 Các sản phẩm ứng dụng kỹ thuật Gas injection Sản phẩm ứng dụng Gas injection chủ yếu là các... rút khí cho phép khí được rút ra ngoài 30  Chương 2: Gas injection   Hình 2.35 Biểu diễn khí vào và khí ra trong khuôn c Đối với khuôn nhiều miệng phun Trong các bộ khuôn nhiều tấm hay những khuôn đòi hỏi nhiều miệng phun do chi tiết lớn thì cũng tượng tự như trong các kỹ thuật khuôn rỗng khác Việc điền đầy chi tiết lớn với nhiều cổng phun sẽ cho phép giảm chiều dài dòng chảy, giảm áp suất phun và áp... dạng rỗng trong chi tiết từ nhựa nhiệt dẻo bằng khuôn ép phun, cung cấp một lượng nhựa lỏng vừa đủ để chuẩn bị cho quá trình tạo kết cấu rỗng từ một cổng phun nhựa tới khuôn qua một lỗ phun vào khuôn, khí phun với áp suất thấp qua một cổng phun khí và kênh dẫn, phân bố nhựa dẻo lên bề mặt trong của khuôn Kết cấu rỗng của sản phẩm được tạo khi cổng phun khí mở ra Khi kết cấu chi tiết nguội dần và được... suốt quá trình phun 28  Chương 2: Gas injection   Hình 2.31 Biểu diễn một cổng phun khí Có hai phương án cơ bản để điều khiển khí trong khuôn Điểm khác biệt giữa hai phương pháp này là cách thiết đặt hệ thống của chúng trong khuôn Khí có thể được phun qua cổng hay là trực tiếp vào lòng khuôn, hoặc khí có thể phun qua kênh dẫn hay là trực tiếp vào chi tiết Hình 2.32 Biểu diễn vị trí phun khí tại một... của kỹ thuật này b Tổng quan 25  Chương 2: Gas injection   Trong ngành sản xuất sản phẩm nhựa, Gas injection là một kỹ thuật tương đối mới, mang lại rất nhiều kinh nghiệm và có đà phát triền rất nhanh chóng Đôi khi nó cũng có những khuyết điểm đòi hỏi phải được khắc phục một cách nhanh chóng cho những lỗi do quá trình này gây ra Mặc dù nó là một ngành riêng biệt trong kỹ thuật phun ép, tuy nhiên đôi... một lõi rỗng, được gia nhiệt tới một nhiệt độ thích hợp sau đó khí được phun vào tạo nên biên dạng như mong muốn của chi tiết 23  Chương 2: Gas injection   Chương trình này cũng có những hạn chế nhất định Nếu kết cấu không đối xứng, khuôn riêng lẻ, phải tiến hành gia công từng kết cấu riêng Sự liên kết trong kết cấu của khuôn ép phun đòi hỏi phải kẹp chặt để đảm bảo cố định tại những vị trí xác định... 1944, Opavsky đã phát minh ra kỹ thuật phun khí hoặc chất lỏng vào trong nhựa Kỹ thuật này dùng một kim phun đặc biệt để phun khí Tuy nhiên, kỹ thuật này ban đầu không thành công do áp suất phun quá cao Ép phun có sự hỗ trợ của khí ( Gas assist injection molding ), như chúng ta biết ngày nay đã được phát triển từ đầu giữa những năm 1970 Có 2 dòng phát triển kỹ thuật này bao gồm : một dòng được nghiên cứu... nữa kỹ thuật Gas assist injection molding” , và tạo ra kỹ thuật GAIM ( Gas assist injection molding ) Ngày nay các công ty trên toàn thế giới đều ứng dụng kỹ thuật này trong ngành sản xuất khuôn mẫu và thu được những giá trị rất to lớn Kéo theo đó là sự ra đời của các công ty chế tạo máy móc chuyên dùng trong lĩnh vực này như : Battenfeld, Ferromatik, Stork, Engel, và Johnson Controls Các công ty này . phần rỗng cho chi tiết. 2.2 Tổng quan 2.2.1 Tổng quan về công nghệ ép phun a. Công nghệ ép phun là gì ? Một cách đơn giản nhất. công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy. thống khuôn ( cụm khuôn ). • Hệ thống phun ( cụm phun ). • Hệ thống hỗ trợ ép phun ( cụm ép phun ) Chương 2: Gas injection 14 Hình 2.7 Máy ép phun a. Hệ thống kẹp Hệ thống kẹp có. ). • Vòi phun ( Nozzle ). d. Hệ thống hỗ trợ ép phun Là hệ thống giúp vận hành máy ép phun. Hệ thống này bao gồm : Chương 2: Gas injection 21 Hình 2.19 Hệ thống hỗ trợ ép phun • Thân