Tiểu luận Máy đúc phun

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 3

MỤC LỤC
PHẦN 1: LỊCH SỬ RA ĐỜI MÁY ĐÚC PHUN VÀ CÁC LOẠI MÁY ĐÚC PHUN . 5
1.1. Lịch sử ra đời của máy đúc phun 5
1.2. Các loại máy đúc phun 10
1.2.1. Phân loại theo công suất máy 11
1.2.2. Phân loại theo cơ chế truyền động 11
1.2.3. Phân loại theo đặc điểm kết cấu phận bộ phận phun 12
1.2.4. Một số cách phân loại khác 14
PHẦN 2: CÁC LOẠI VAN MỘT CHI
ỀU SỬ DỤNG TRONG MÁY ĐÚC PHUN 18
2.1. Chức năng của van một chiều (Non return assemdly or non return valve or Back
Flow Valve) 18
2.2. Hoạt động chung của van một chiều 19
2.3. Một số loại van một chiều van một chiều 19
2.3.1. Van 1 chiều kiểu khe hẹp (Plain Screw or "Smear Tip") 19
2.3.2. Van 1 chiều sử dụng vòng chặn (Ring Check Valve) 20
2.3.3. Van 1 chiều sử dụng bi chặn (Ball Check Valve) 21
PHẦN 3: CÁC LOẠI CỤM KẸP KHUÔN 25
TRONG MÁY ĐÚC PHUN 25
3.1. Nhiệm vụ của hệ thống kẹp (Clamping System) 25
3.2. Các bộ phận của hệ thống kẹp 25
3.3. Yêu cầu làm việc của hệ thống kẹp 26

3.4. Cụm kẹm (Clamp Cylinder) 26
Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 4

3.4.1. Kẹp bằng thủy lực (hydraulic clamps) 26
3.4.2. Kẹp cơ khí (toggle clamps or mechanical clamps) 27
3.4.3. Kẹp bằng thủy lực thông qua hệ thống cơ học (hydromechanical clamps) . 29
3.4.4. Kẹp bằng thủy lực thống qua hệ thống điện (hydroelectric clamps) 30
3.5. So sánh các cụm kẹp 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 5


PHẦN 1: LỊCH SỬ RA ĐỜI MÁY ĐÚC PHUN VÀ
CÁC LOẠI MÁY ĐÚC PHUN

1.1. Lịch sử ra đời của máy đúc phun
Nhựa nhân tạo đầu tiên được phát minh tại Birmingham vương quốc Anh vào năm
1851 bởi Alexander Parkes (1813-1890) [1]. Ông công bố phát minh tại Triển lãm
quốc tế 1862 tại London, và gọi các vật liệu này là "Parkesine" có nguồn gốc từ
cellulose. Parkesine có thể nung nóng chảy, đúc, và giữ lại hình dạng của nó khi được
làm lạnh. Tuy nhiên sản phẩm ban đầu này có chi phí sản xuất lớn, dễ bị nứt, và rất dễ
cháy[2].

Hình 1.1: Alexander Parkes (1813-1890)[3]
Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo

GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 6

Sản phẩm ban đầu của Parker khi đưa vào sản xuất là các loại cúc và vải không
thấm nước. Đây là nền tảng đầu tiên của ngành công nghiệp nhựa, nhưng công ty của
ông không thành công và phá sản vì chi phí sản xuất đắt đỏ và sản phẩm không có chất
lượng cao[4].
Năm 1865, John W. Hyatt (1837-1920) [5] được cấp bằng sáng chế cho quá trình
kết hợp Nitrat Cellulose (C
6
H
7
(NO
2
)
3
O
5
) [6] và long não (C
10
H
16
O) [7] vào một hợp
chất mà ông gọi là "celluloid" có tính chất tốt hơn so với “Parkesine” của Alexander
Parkes. "Celluloid" được sử dụng lần đầu tiên như một loại vật liệu thay thế cho ngà
voi trong sản xuất bóng Billiard [8].

Hình 1.2: John W. Hyatt (1837-1920) [8]
Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 7


Hình 1.3: Quả bóng Billiard đầu tiên được sản xuất từ "celluloid" [9]

Năm 1868, để đáp ứng yêu cầu của nhà sản xuất bóng Billiard Phelan and
Collander, John Wesley Hyatt phát minh ra một cách để làm cho quả bóng Billiard
bằng cách bơm nhựa vào khuôn.
Đến năm 1872, John và anh trai của ông Isaiah Hyatt đã được cấp bằng sáng chế
máy đúc phun. Máy rất thô sơ, nó chứa một pít tông cơ bản để bơm nhựa vào một
khuôn thông qua một xi lanh nước nóng. Ngành công nghiệp sản xuất nhựa phát triển
chậm trong nhiều năm tiếp theo, các sản phẩm đơ
n giản như ghim áo, cúc áo, và lược
chải tóc.[2]





Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo

GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 8



Hình 1.4: Các sản phẩm của công nghệ đúc phun thời kì đầu[10,11,12]


Năm 1907, Leo Hendrick Baekeland (1863-1944) nhà hóa học người Mỹ gốc Bỉ đã
thành công trong việc tìm ra Polyoxybenzylmethylenglycolanhydride và đặt tên là
“Bakelite” (gần giống tên của ông) vật liệu này có tính chất tốt hơn nhiều "Celluloid"
đặc biệt là tính đúc. Năm 1909, chất hoá học nhân tạo này đã chính thức được công bố
và ông nhận được bằng sáng chế. Đây được coi là một mốc cực kỳ quan trọng của
ngành hoá học, mở đầu cho việc ra đời c
ủa hàng loạt các loại nhựa (tên gọi khác là
chất dẻo) (plastic) khác như polystyren (năm 1930), nylon (năm 1934).[13]

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 9

Hình 1.5: Leo Hendrick Baekeland (1863-1944) [14]

Ngành công nghiệp mở rộng nhanh chóng trong những năm 1940 vì chiến tranh thế
giới thứ II đã tạo ra một nhu cầu rất lớn cho các sản phẩm rẻ tiền, sản xuất hàng loạt.
Cuộc cách mạng hóa ngành công nghiệp nhựa bắt đầu năm 1946, nhà phát minh Mỹ
James Watson Hendry xây dựng máy đúc phun sử dụng trục vít đầu tiên thay thế cho
máy sử dụng pít tông của John Wesley Hyatt. Việc sử dụng trục vít cho phép kiểm
soát chính xác hơn tốc
độ, lưu lượng và trộn được nguyên liệu đầu vào. Máy đúc phun
sử dụng trục vít của Hendry là nền tảng của các loại máy đúc phun sau này [2].
Năm 1952 William H. Willert (1920-2000) phát minh ra máy đúc phun một giai
đoạn (Single-Stage) là một phát triển quan trọng của máy đúc phun [15].

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 10


Hình 1.6: William H. Willert (1920-2000) [16]


Từ những năm 80 máy đúc phun được phát triển theo hướng tự động hóa và điều
khiển với sự hộ chỗ của máy tính.

1.2. Các loại máy đúc phun
Có nhiều cách phân loại máy đúc phun 3 cách phân loại chính là [17,18,19]
- Phân loại theo công suất máy
- Phân loại theo cơ chế kẹp
- Phân loại theo đặc điểm kết cấu phần bộ phận phun.

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 11

1.2.1. Phân loại theo công suất máy
a) Máy đúc phun loại siêu nhỏ (Subminiature)
- Dùng để sản xuất các sản phẩm tinh xảo
- Lực ép máy kẹp dưới 160 kN
- Lượng phun là lý thuyết dưới 16cm
3

b) Máy đúc phun loại nhỏ (Small-size)
- Lực ép máy kẹp 1600 – 2000 kN
- Lượng phun lý thuyết là từ 16 – 630 cm
3

c) Máy đúc phun loại vừa (Medium-size)
- Lực ép máy kẹp 2500 – 4000 kN

- Lượng phun lý thuyết là giữa 800 – 3150 cm
3

d) Máy đúc phun loại lớn (Large-size)
- Lực ép máy kẹp 5000 – 12500 kN
- Lượng phun lý thuyết là từ 4.000 – 10000 cm
3

e) Máy đúc phun loại siêu lớn (Huge-size)
- Lực ép máy kẹp lớn hơn 16000 kN
- Lượng phun lý thuyết lớn hơn 16000 cm
3


1.2.2. Phân loại theo cơ chế truyền động
a) Cơ chế truyền động bằng thủy lực (Hydraulic)
b) Cơ chế truyền động cơ khí (Mechanical)
c) Cơ chế truyền động bằng điện (Electric)
d) Cơ chế truyền động kết hợp (Hybrid)
Cơ chế truyền động thủy lực và cơ khí ra đời trước, cơ chế truyền động bằng điện
ra đờ
i sau so với hai cơ chế trên thì làm việc yên tĩnh hơn, độ chính xác cao, nhưng giá
thành lớn và lực kẹp không lớn bằng 2 cơ chế thủy lực và cơ khí. Máy đúc phun sử
Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3

Trang: 12

dụng cơ chế truyền động kết hợp tận dụng được các ưu điểm của các loại cơ chế
truyền động trên.
Hiện nay máy đúc phun sử dụng cơ chế truyền động thủy lực chiếm phần lớn trên
thế giới ngoại trừ Nhật Bản.
1.2.3. Phân loại theo đặc điểm kết cấu phận bộ phận phun
a) Máy đ
úc phun một giai đoạn (Reciprocating(Single-Stage) Screw IMMs)


Hình 1.7: Sơ đồ máy đúc phun một giai đoạn [20,21]



b) Máy đúc phun hai giai đoạn (Two-Stage screw IMMs)
Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 13




Hình 1.8: Máy đúc phun hai giai đoạn loại song song [21]

Hinh 1.9: Máy đúc phun hai giai đoạn loại vuông góc [21]

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 14

1.2.4. Một số cách phân loại khác
a) Phân loại theo hệ thống thủy lực [17,18,19]
By hydraulic system feature classification:injection molding machine hydraulic
system can according valve class system divided into conventional valve system,
proportional ans servo valve system, cartridge valve system, also can be divided into
accumulator system and non-accumulator system.
b) Phân loại theo hệ thống điều khiển [22]
- Điều khiển bằng tay
- Điều khiển bán tự động
- Điều khiển tự động
c) Phân loại theo phương làm việc của máy [22]
- Máy đúc phun ngang (Horizontal injection molding machines) : đây là loại
máy phổ biến nhất. Mặ
t khuôn vuông góc với phương của trục vít


Hình 1.10 : Máy đúc phun ngang [23]

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 15

- Máy đúc phun đứng (Vertical injection molding machines) : Phương trục vít
thẳng đứng.


Hình 1.11: Máy đúc phun đứng [24]


Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 16

- Máy đúc phun góc (Angle injection molding machine) : Phương của trục vít và
khuôn nằm cùng trên bề mặt ngang.


Hình 1.12: Máy đúc phun góc [25]

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 17



- Múc đúc phun khuôn xoay (Multi-mode rotary injection molding machine) :
khuôn có thể xoay xung quanh trục.


Hình 1.13: Máy đúc phun khuôn xoay [26]


Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 18

PHẦN 2: CÁC LOẠI VAN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG
TRONG MÁY ĐÚC PHUN


2.1. Chức năng của van một chiều (Non return assemdly or non return
valve or Back Flow Valve)


Hình 2.1: Vị trí van 1 chiều trên trục vít [27]

Khi trục vít quay tạo ra áp suất rất lớn để ép dòng nhựa lỏng vào khuôn, sức ép này
sẽ tạo ra phản lực đẩy nhựa lỏng lùi về phía sau, để ngăn không cho hiện tượng này
xảy ra người ta thiết kế thêm vào đầu trục vít một bộ phận chống chảy ngược gọi là
van một chiều (Non return assemdly or non return valve).







Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 19

2.2. Hoạt động chung của van một chiều
Hình 2.2: Hoạt động chung của van 1 chiều [28]

Khi trục vít lùi về thì bộ phận chặn dòng di chuyển về phía hướng vòi phun và cho
phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít.
Khi trục vít di chuyển về phía trước thì bộ phận chắn dòng sẽ di chuyển về phía sau
và đóng kín lại ngăn không cho dòng nhựa tràn ngược về phía sau.

2.3. Một số loại van một chiều van một chiều
Van một chiều được phân loại như sau [29,30,31] :
2.3.1. Van 1 chiều kiểu khe hẹp (Plain Screw or "Smear Tip")


Hình 2.3: Van 1 chiều kiểu khe hẹp [29]

- Loại van này rất ít được sử dụng
Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 20

- Chỉ được sử dụng với các vật liệu có độ nhớt cao như Rigid PVC
- Dòng nhựa lỏng trong giai đoạn nạp sẽ đi qua khe hẹp phần nguyện liệu chảy
ngược lại là không đáng kể.

2.3.2. Van 1 chiều sử dụng vòng chặn (Ring Check Valve)

Hình 2.4: Van 1 chiều sử dụng vòng chặn - 3 phần [20]


Hình 2.5 Van 1 chiều sử dụng vòng chặn – 4 phần [32]
- Loại van này được sử dụng rộng rãi nhất, gồm 2 loại chính là loại 3 phần và
loại 4 phần.
- Dòng nhựa lỏng sẽ đẩy vòng chặn lên nhờ áp lực sinh ra bởi trục vít và đi qua
các rãnh của van
Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 21

- Khi trục vít lùi lại vòng chặn sẽ bít kít lại ngăn cho dòng nhựa lỏng không tràn
ngược trở lại.


Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động của van 1 chiều sử dụng vòng chặn [33]


Hình 2.7: Hình cắt của van 1 chiều sử dụng vòng chặn [33]

2.3.3. Van 1 chiều sử dụng bi chặn (Ball Check Valve)

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 22


Hình 2.8: Van 1 chiều sử dụng bi chặn [34]

- Dòng nhựa lỏng sẽ đẩy bi lên nhờ áp lực sinh ra bởi trục vít và đi qua khe hở
giữa bi và phần cố định.
- Khi trục vít lùi lại bi sẽ bít kít lại ngăn cho dòng nhựa lỏng không tràn ngược
trở lại.
- So với van 1 chiều sử dụng vòng chặn thì thời gian dòng nhựa lỏng lâu hơn
(với cùng 1 lưu lượng ) và được trộn lên phần phần vì bi sẽ xoay khi dòng lỏng chảy
qua.






Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo

GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 23



Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động của van 1 chiều sử dụng bi chặn [20]














Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 24

Ngoài ba loại van trên còn có một số loại van được thiết kế đặc biệt có tác dụng trộn
dòng nhựa lỏng hoặc định dòng ổn định.


Hình 2.10:Một số loại van 1 chiều có kết cấu đặc biệt [35]









Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 25

PHẦN 3: CÁC LOẠI CỤM KẸP KHUÔN
TRONG MÁY ĐÚC PHUN

Hình 3.1: Sơ đồ máy đúc phun [36]

3.1. Nhiệm vụ của hệ thống kẹp (Clamping System)
- Giữ khuôn : khuôn được gắn chặt vào tấm giữ được tựa trên 4 trục hướng dẫn

song song )
- Mở và đóng khuôn
- Tạo áp suất để đóng kín hai phần của khuôn lại với nhau
- Thực hiện tiến trình tách rời thành phẩm ra khỏi khuôn [37]
3.2. Các bộ phận của hệ thống kẹp
Hệ thống kẹp được chia thành 4 phần [38]
- Cụm đẩy của máy (Machanis ejectors).
Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 26

- Cụm kẹm (Clamp cylinder).
- Tấm di động (Moveable platen).
- Tấm cố định (Stationary platen).
- Những thanh nối (Tie bars).
3.3. Yêu cầu làm việc của hệ thống kẹp
- Đảm bảo đủ áp lực kẹp để tránh hiện tượng tràn nguyên liệu bởi tác động của áp
lực phun. Nhưng cũng không được quá lớn sẽ làm hỏng khuôn. Nếu áp suất bên trong
khuôn lớn hơn lực đóng kín sẽ làm cho khuôn hở và như thế nhựa nóng chay sẽ theo
kẽ hở thoát ra ngoài tạo nên viền chung quanh sản phẩm. Lực đóng kín của một máy
đúc phun không được lớn hơn 80% công suất và phai luôn luôn lớn hơn áp suấ
t bên
trong khuôn do trục vít tạo ra.
- Không gian kẹp (khoảng kẹp) phải phù hợp với nhiều loại khuôn có kích thước
hình dạng khác nhau để tận dụng tối đa khả năng của máy.

- Tốc độ chạy của cụm kẹp đầu tiên phải nhanh (giảm thời gian hành trình) sau đó
chậm để tránh va đập [37].
3.4. Cụm kẹm (Clamp Cylinder)
Cụm kẹp được chia thành các loại sau [39]
- Kẹp trực tiếp bằng thủy l
ực (hydraulic clamps)
- Kẹp cơ khí (toggle clamps or mechanical clamps)
- Kẹp bằng thủy lực thông qua hệ thống cơ học (hydromechanical clamps)
- Kẹp bằng thủy lực thống qua hệ thống điện (hydroelectric clamps)
3.4.1. Kẹp bằng thủy lực (hydraulic clamps)
Tấm giữ di chuyển được nối trực tiếp với xylanh thủy lực, vị trí đóng mở của
khuôn được tác động trực tiếp thông qua chuyển động tới lui của xilanh thủy l
ực.

Seminar : Máy gia công vật liệu dẻo





GVHD: TS.Nguyễn Đặng Bình Thành Nhóm SVTH : Nhóm 3
Trang: 27

Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của cụm kẹp bằng thủy lực [40]

3.4.2. Kẹp cơ khí (toggle clamps or mechanical clamps)

Hình 3.3: Nguyên lý hoạt động của cụm kẹp bằng cơ khí [41]