Tiểu luận ép phun có khí hỗ trợ

NKT
NKT
0
Báo cáo tiểu luận:
GAS ASSIST INJECTION MOLDING
ÉP PHUN CÓ KHÍ HỖ TRỢ
Ngày: 05/04/2012
GVHD:
Thực hiện:
PGS.TS Thái Thị Thu Hà
Nguyễn Khoa Triều (11040403)
Trần Văn Linh (11046108)
Trần Quang Chiếu (11040384)
NKT
NKT
1
CONTENT
Đặt vấn đề
1
1
Sự hình thành và phát triển của GAIM
2
2
Tổng quan về GAIM
3
3
Các quy trình trong GAIM
4
4
Vị trí lỗ phun khí
5

5
Các kỹ thuật điều khiển quá trình GAIM
6
6
Các chất khí dùng trong GAIM
7
7
Những tiến bộ và hạn chế của GAIM
8
8
Nhựa dùng cho GAIM
9
9
Những lưu ý khi thiết kế chi tiết
10
10
Việc ứng dụng kỹ thuật GAIM
11
11
Một số nét chính về khuôn dành cho GAIM
12
12
Xu thế phát triển của GAIM
13
13
Phụ lục
14
14
NKT
NKT

2
1. Đặt vấn đề:
Ngày nay, khoa học kỹ thuật càng phát triển, càng đòi hỏi những chi tiết phức
tạp, có độ chính xác cao nhưng giá thành phải hạ. Do đó, các nhà sản xuất, các nhà
khoa học phải tìm ra những công nghệ sản xuất mới để đáp ứng những nhu cầu
trên.
Ép phun có khí hỗ trợ là một kỹ thuật được phát triển từ ép phun truyền thống,
kỹ thuật này khắc phục được một số vấn đề mà ép nhựa truyền thống gặp phải. Nó
cũng cho phép thiết kế và sản xuất được những chi tiết mà ép nhựa truyền thống
không thể làm được.
Ép phun có khí hỗ trợ đã xuất hiện hơn 45 năm về trước tại nước Đức. Kỹ thuật
này bắt đầu được ứng dụng hơn 20 năm trước, và đã có những cải tiến quan trọng
khoảng 10 năm gần đây.
Nhưng ở Việt Nam ta, kỹ thuật này còn mới mẻ và chưa được ứng dụng rộng
rãi.
Nhằm mục đích tìm hiểu thêm về kỹ thuật này đồng thời cũng giúp những ai
chưa nắm rõ về kỹ thuật này có cái nhìn tổng quát về ép phun có khí hỗ trợ, nhóm
7, lớp CTM 2011 với sự hướng dẫn của PGS.TS Thái Thị Thu Hà xin được thực
hiện tiểu luận, đề tài:
GAS ASSIST INJECTION MOLDING
ÉP PHUN CÓ KHÍ HỖ TRỢ
NKT
NKT
3
2. Sự hình thành và phát triển của GAIM
Ernst Friederich của Rohm GmbH ở Darmstadt, Đức, là
người đầu tiên phát minh ra một quá trình đúc chi tiết rỗng không
cần các quá trình trên. Các bằng sáng chế ban đầu nộp tại Đức
(Đức bằng sáng chế 2501314, ban hành 1975) đã nêu quá trình
như sau:

“Một phương pháp để làm một chi tiết rỗng hình thành từ ép
phun một loại nhựa nhiệt dẻo, phương pháp bao gồm việc bơm
một lượng nhựa nóng chảy đủ cho việc hình thành chi tiết rỗng từ
một vòi phun vào một khuôn, bơm khí áp lực cao qua vòi phun đó
để nhựa nóng chảy mở rộng và phân bố đều trên các bề mặt của
khuôn, theo đó, phần rỗng được hình thành bên trong chi tiết, khí
cũng góp phần làm mát chi tiết rỗng để nhiệt độ xuống dưới điểm
nóng chảy của nhựa, sau đó mở bên trong của chi tiết rỗng để
cân bằng áp lực trong và áp lực môi trường xung quanh, và sau
đó mở khuôn để lấy chi tiết rỗng đã thành hình. Hình 1.1 minh
họa các khái niệm trên.”
NKT
NKT
4
2. Sự hình thành và phát triển của GAIM
Hình 1.1. Bằng sáng chế US4101617, Ernst Friederich, phụ lục 10.
NKT
NKT
5
2. Sự hình thành và phát triển của GAIM
Hình 1.2. Sơ đồ phả hệ của GAIM, xuất phát từ Ernst Friederic.
NKT
NKT
6
2. Sự hình thành và phát triển của GAIM
Alliance Gas Systems Incoe Corporation
Asahi Chemical Industry
(Gas Press Injection Molding, GPI)
Hettinga (HELGA)
Battenfeld (Airmould) HYDAC

Bauer Gas Systems Krauss Maffei
Cinpres Limited Mitsubishi
Engel (Gasmelt) Nitrojection
Ferromatik Milacron
(Airpress III)
Preba
GAIN Technologies R.F. Topla
Gas Injection Limited Uniloy Milacron
Bảng 1.2 Các nhà cung cấp thiết bị trên toàn cầu
NKT
NKT
7
3. Tổng quan về GAIM
Ép nhựa có khí hỗ trợ liên quan đến việc phun một shot nhựa còn
thiếu vào khoang (của khuôn). Khi khí được đưa vào trong vật liệu nóng
chảy, nó theo con đường ít trở lực nhất vào các phần của chi tiết với áp
suất thấp và nhiệt độ cao. Khi khí đi vào chi tiết, nó tạo ra một lõi rỗng
bằng cách thay thế vật liệu nóng chảy (Hình 1.3). Vật liệu này nóng chảy
điền vào phần còn lại của chi tiết này. Sau khi điền đầy đủ, khí được
chuyển sang áp lực cao, choán lấy phần co rút thể tích của vật liệu.
NKT
NKT
8
3. Tổng quan về GAIM
Có hai loại cơ bản của kỹ thuật khí hỗ trợ ép phun: Giữ cố
định thể tích (đẳng tích) và giữ cố định áp lực (đẳng áp).
NKT
NKT
9
3. Tổng quan về GAIM

Phương pháp HELGA (Hettinga Liquid Gas Assist) tương đối
khác các phương pháp trước đó, phương pháp này sử dụng khí
nitơ. Hình 1.8 minh họa quá trình này. Một phần của nhựa được
bơm vào khoang sau đó là phun nhựa có chứa một chất lỏng đặc
biệt, độc quyền. Khi tiếp xúc với nhựa nóng chảy, chất lỏng được
chuyển thành một chất khí, tạo ra các lòng trống. Dòng chất lỏng
bị ngắt, và quá trình phun nhựa tiếp tục. Khí được chứa trong chi
tiết và, tạo áp lực ra bên ngoài, giảm thiểu dấu hiệu co rút của sản
phẩm. Khi chi tiết nguội đi, khí mất tác dụng và vẫn không hoạt
động cho dù chi tiết được nung nóng.
NKT
NKT
10
4. Các quy trình trong GAIM
a/ Short-Shot process: Quy trình ít nhựa
Trình tự của quy trình:
1/ Khuôn đóng và một lượng nhựa với một khối lượng chính
xác được phun vào hốc khuôn;
2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, khí
được bơm vào trong nhựa nóng chảy để hoàn thành quá trình điền
đầy và nén với khí;
3/ Khí sau đó tiếp tục được ép vào khuôn với áp suất nhất
định để bù đắp cho sự co rút thể tích của nhựa khi nó nguội;
4/ Việc cân nhựa (lấy nhựa) trong máy ép nhựa có thể được
bắt đầu ngay sau khi các điểm cấp nhựa đông đặc, hoặc sau khi
van vòi phun được đóng lại;
5/ Khí được xả ra ngoài trước khi mở khuôn.
Xin tham khảo file flash đính kèm cho trình tự của quy trình
này.
NKT

NKT
11
4. Các quy trình trong GAIM
a/ Short-Shot process: Quy trình ít nhựa
Ứng dụng điển h
ì
nh:
Phương ph
á
p Short-Shot được sử dụng để
é
p nhựa c
á
c chi tiết d
à
y,
tiêu biểu l
à
c
á
c tay nắm v
à
chi tiết h
ì
nh ống. Cần ch
ú
ý c
á
c điểm vướng của
nhựa tại đầu m

ú
t của qu
á
tr
ì
nh phun nhựa, trước khi nhựa tiếp tục chảy, do
c
ó
sự th
ú
c đẩy của qu
á
tr
ì
nh phun kh
í
.
Ưu điểm: Giảm đ
á
ng kể chi ph
í
từ:
1/ Giảm trọng lượng chi tiết, v
à
do đ
ó
giảm chi ph
í
vật liệu;
2/ Giảm theo chu kỳ

é
p nhựa, v
à
do đ
ó
giảm chi ph
í
sản xuất;
3/ Giảm áp lực trong khuôn, và do đó ít mòn khuôn.
NKT
NKT
12
4. Các quy trình trong GAIM
b/ Full-Shot process: Quy trình đầy nhựa
Trình tự của quy trình:
1/ Sau khi đ
ó
ng khuôn, nhựa được phun đầy hoặc gần
đầy hốc khuôn, nhưng nhựa không được n
é
n bằng m
á
y
é
p
nhựa;
2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, kh
í
được bơm v
à

o ở giai đoạn 1;
3/ Ở giai đoạn thứ 2, kh
í
được bơm v
à
o để b
ù
đắp cho
phần co r
ú
t thể t
í
ch của nhựa khi nguội;
4/
Á
p suất kh
í
được duy tr
ì
đồng đều trong chi tiết nhựa;
5/ Kh
í
được xả ra ngo
à
i hoặc r
ú
t ra trước khi mở khuôn;
6/ Việc cân nhựa (lấy nhựa) trong m
á
y

é
p nhựa c
ó
thể
được bắt đầu ngay sau khi c
á
c điểm cấp nhựa đông đặc, hoặc
sau khi van vòi phun được đ
ó
ng lại.
“
Full Shot
”
l
à
phương ph
á
p thường
á
p dụng cho c
á
c chi
tiết trong đ
ó
c
ó
cả phần d
à
y v
à

mỏng. Kh
í
chảy v
à
o chi tiết theo
đường
í
t trở kh
á
ng nhất l
à
chỗ d
à
y hơn nơi nhựa bên trong vẫn
còn trong trạng th
á
i n
ó
ng chảy.
NKT
NKT
13
4. Các quy trình trong GAIM
b/ Full-Shot process: Quy trình đầy nhựa
Ưu điểm:
1/ X
ó
a bỏ sinkmark, đường vân trên bề mặt sản phẩm;
2/ Không cần qu
á

tr
ì
nh n
é
n nhựa từ m
á
y
é
p nhựa;
3/ Giảm
á
p lực trong khuôn lên đến 70%, v
à
do đ
ó
giảm lực kh
ó
a khuôn cho
ph
é
p
é
p được c
á
c chi tiết lớn hơn trên c
á
c m
á
y nhỏ hơn;
4/ Giảm tiêu thụ điện năng;

5/ Giảm ứng suất đ
ú
c, v
à
do đ
ó
cải thiện sự ổn định k
í
ch thước v
à
chi tiết
không bị m
é
o.
* Phương pháp này được bảo hộ bởi bằng sáng chế cấp cho CGI và
Mitsubishi Gas Chemicals tại Nhật Bản.
NKT
NKT
14
4. Các quy trình trong GAIM
c/ CGI’s PEP Plastic Expulsion Process: Quy trình
CGI’s PEP
Trình tự của quy trình PEP1:
1/ Sau khi đ
ó
ng khuôn, nhựa được phun đầy hốc khuôn, nhựa được n
é
n tạm thời
bằng m
á

y
é
p nhựa;
2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, van vòi phun đ
ó
ng lại, kh
í
được bơm v
à
o để tiếp tục n
é
n;
3/ Van PEP mở;
4/ Nhựa dư được tống ra hốc khuôn thứ cấp;
5/ Khí được xả ra ngoài hoặc rút ra trước khi mở khuôn đồng thời máy tiến hành
cân nhựa.
NKT
NKT
15
4. Các quy trình trong GAIM
c/ CGI’s PEP Plastic Expulsion Process: Quy trình
CGI’s PEP
Ưu điểm:
1/ Việc định lượng một c
á
ch ch
í
nh x
á
c lượng nhựa chưa n

é
n
để bơm v
à
o hốc khuôn (như trong qu
á
tr
ì
nh "Short Shot) l
à
không cần
thiết. Thời gian phun kh
í
không phải l
à
quan trọng;
2/
Á
p lực từ c
á
c m
á
y
é
p nhựa v
à
/ hoặc
á
p lực kh
í

bảo đảm chi
tiết c
ó
bề mặt, biên dạng tốt;
3/ Không c
ó
c
á
c điểm vướng của nhựa như trong phương ph
á
p
ngắn Shot-Shot;
4/ Cải thiện với lõi kh
í
, trọng lượng giảm v
à
thời gian chu kỳ
é
p
giảm;
5/ Th
í
ch hợp cho hầu hết c
á
c nhựa nhiệt dẻo, bao gồm cả
nylon chứa sợi thủy tinh;
6/ Th
í
ch hợp cho nhiều dạng hốc khuôn;
7/ Vị trí của cửa phun nhựa không quan trọng.

NKT
NKT
16
4. Các quy trình trong GAIM
c/ CGI’s PEP Plastic Expulsion Process: Quy trình
CGI’s PEP
Trình tự của quy trình PEP2:
1/ Sau khi đ
ó
ng khuôn, nhựa được phun đầy hốc khuôn, nhựa
được n
é
n tạm thời bằng m
á
y
é
p nhựa;
2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, van vòi
phun đ
ó
ng lại, kh
í
được bơm v
à
o để tiếp tục n
é
n;
3/ Van vòi phun mở;
4/ Nhựa dư được tống ra ngược trở lại xy lanh, l
ú

c n
à
y trục v
í
t
xuay ngược về ph
í
a sau để lấy lại lượng nhựa dư n
à
y;
5/ Đến một thời điểm được x
á
c định từ trước, van vòi phun
đ
ó
ng lại, qu
á
tr
ì
nh n
é
n của kh
í
để b
ù
co r
ú
t (co ng
ó
t) bắt đầu.

6/ Kh
í
được xả ra ngo
à
i hoặc r
ú
t ra trước khi mở khuôn đồng
thời m
á
y tiến h
à
nh cân nhựa.
Một số tác giả gọi quy trình này là “Back-to-Screw process”, quá
trình có sự trả nhựa lại vào trong xy lanh – trục vít.
NKT
NKT
17
4. Các quy trình trong GAIM
c/ CGI’s PEP Plastic Expulsion Process: Quy trình
CGI’s PEP 2
Ưu điểm:
1/ Nhựa bị tống ra trong chu kỳ trước sẽ được phun
é
p tạo sản phẩm
trong chu kỳ tiếp theo v
à
không phải nghiền lại hoặc nung lại vật liệu bị tống ra;
2/ Không cần qu
á
tr

ì
nh cắt nhựa dư;
3/ Không cần van ngắt phía trong khuôn.
NKT
NKT
18
4. Các quy trình trong GAIM
d/ EGM – External Gas Molding: Quy trình EGM,
khí hỗ trợ phía ngoài
* Bơm kh
í
để tạo th
à
nh một lớp mỏng vi kh
í
giữa một bề mặt nhựa
v
à
một bề mặt hốc khuôn liền kề;
* Sử dụng kh
í
để
á
p lực lên nhựa trong khi l
à
m m
á
t, đẩy n
ó
về ph

í
a
bề mặt hốc khuôn đối diện để cải thiện bề mặt sản phẩm.
NKT
NKT
19
4. Các quy trình trong GAIM
d/ EGM – External Gas Molding: Quy trình EGM,
khí hỗ trợ phía ngoài
Lợi ích:
1/ C
ó
thể loại bỏ c
á
c sinkmark, đường vân trên bề mặt sản phẩm;
2/ Hầu như loại bỏ ứng suất trong chi tiết
é
p nhựa v
à
do đ
ó
không c
ó
sự
biến dạng;
3/ Cải thiện sự ổn định k
í
ch thước
4/ C
ó

thể l
à
m giảm việc sử dụng vật liệu;
5/
Á
p lực được sử dụng hiệu quả hơn, v
à
do đ
ó
đòi hỏi
í
t
á
p lực hơn:
- Giảm lực kẹp khuôn do đ
ó
giảm k
í
ch thước m
á
y;
- Giảm hao mòn trên khuôn mẫu;
- Giảm điện năng tiêu thụ;
6/ Mở rộng khả năng thiết kế:
- Gân d
à
y hơn với th
à
nh chi tiết mỏng hơn;
- C

á
c bộ phận đa gân;
- C
á
c sản phẩm phẳng từ nhựa PP v
à
PE.
Ứng dụng điển h
ì
nh:
• C
á
c tấm phẳng cho c
á
c thiết bị văn phòng;
• Th
ù
ng m
á
y t
í
nh;
• Nội thất, mặt b
à
n
…
• Tấm panel ô tô;
T
hiết bị gia đ
ì

nh
-
v
í
dụ
:
Vỏ
tủ lạnh
.
NKT
NKT
20
4. Các quy trình trong GAIM
e/ Khí hỗ trợ ngoài với áp suất chân không :
Đối với một số loại nhựa nhiệt cứng, quá trình điền đầy
không tốt, người ta có thể dùng quá trình hút chân không hỗ trợ.
Người ta gắn đầu hút khí vào các đường thoát khí (air
vent) của hốc khuôn (cavity). Áp suất âm này sẽ hỗ trợ cho áp
suất phun của máy ép nhựa. Dòng nhựa chảy nhanh hơn, tránh
hiện tượng đông cứng sớm của nhựa; đồng thời nó hút không
khí trong cavity ra ngoài hỗ trợ quá trình điền đầy.
Hạn chế: Có thể tạo nên ba vớ tại vị trí đường thoát khí.
Quá trình này được sử dụng tại một số công ty Nhật, chưa
thấy sử dụng rộng rãi.
NKT
NKT
21
5. Vị trí lỗ phun khí
a/ Thông qua vòi phun của máy ép nhựa (Machine
nozzle)

Khí được đưa vào thông qua một vòi phun đóng ngắt (shut-off) đặc biệt
gắn liền với xylanh chứa nhựa, đây là phương pháp ép nhựa có khí hỗ trợ
"thông qua vòi phun" (Xem hình 1.9)
Gas Assist Systems.AVI - YouTube.flv
NKT
NKT
22
5. Vị trí lỗ phun khí
b/ Thông qua kênh dẫn nhựa (Resin delivery system)
Khí được đưa vào hệ thống kênh dẫn nhựa (runner) hoặc cuống rót (sprue bushing) qua
những pin khí được gọi là ép nhựa có khí hỗ trợ "qua kênh dẫn nhựa" (Xem hình 1.10). Với những
chi tiết có cuống rót đồng thời là cổng phun (gate), các đường khí đều phải bắt nguồn từ cuống rót.
Phương pháp làm cho cả kênh dẫn nhựa bị rỗng, có thể giúp để giảm số lượng của nhựa phải tái
chế.
NKT
NKT
23
5. Vị trí lỗ phun khí
c/ Bơm khí trực tiếp vào hốc khuôn (Mold cavity gas
injection system)
Khí được đưa trực tiếp vào hốc
khuôn thông qua pin khí được
gọi là phương pháp ép nhựa có
khí hỗ trợ "in-article" (Xem
hình 1.11). Các chi tiết ép nhựa
với phương pháp này có thể
được thiết kế với các kênh khí
độc lập. Mỗi kênh cũng có thể
có áp suất khí và kiểm soát thời
gian độc lập.

Các kênh khí không có được sự kết nối với nhau nhưng sẽ đòi hỏi một
pin khí cho mỗi kênh. Chi tiết ép nhựa hoàn thành sẽ có một lỗ ở mỗi vị
trí vòi phun khí.
NKT
NKT
6. Điều khiển dòng khí phun vào
Có 2 phương pháp điều khiển dòng khí phun vào:
• Điều khiển thể tích – Tạo áp suất khí không liên tục
• Điều khiển áp suất - Tạo áp suất khí liên tục
1.1 Điều khiển thể tích
1.1.1 Nguyên lý hoạt động