Báo cáo: Hệ thống kênh dẫn nguội

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh
Khoa Cơ Khí Chế tạo máy
Bộ môn Công nghệ tự động

09/2010

Báo cáo:
HỆ THỐNG KÊNH DẪN
NGUỘI

GVHD: Trần Minh Thế Uyên

SVTH: Hồ Minh Việt

MSSV: 06112100

Lê Văn Công

MSSV: 06112059


Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 2


MỤC LỤC

I. Dòng chảy nhựa trong kênh dẫn: 3
II. Hệ thống kênh dẫn nguội: 4
1. Cuống phun: 6
2. Kênh nhựa: 10
3. Miệng phun: 19
a. Miệng phun trực tiếp: 19
b. Miệng phun điểm chốt (điểm): 21
c. Miệng phun cạnh: 25
d. Miệng phun kiểu gối: 27
e. Miệng phun kiểu then: 28
f. Miệng phun kiểu đường ngầm: 29
g. Miệng phun kiểu băng (màng): 34
h. Miệng phun kiểu quạt: 37
i. Miệng phun kiểu điã: 39
j. Miệng phun kiểu vòng: 41
k. Miệng phun kiểu nan hoa: 42
4. Đuôi nguội chậm: 43
III. Kết luận: 44
IV. Tài liệu tham khảo: 45


Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 3

I. Dòng chảy nhựa trong kênh dẫn:
Nguyên liệu nhựa chảy vào lòng khuôn qua hệ thống cấp nhựa là một quá
trình có hoạt động như sau:
Trước tiên nguyên liệu nhựa được bơm vào cuống phun và hệ thống kênh
nhựa dẫn đến lòng khuôn. Khi nhựa nóng chảy chạm vào khuôn lạnh nhanh chóng

bị đông lại, tạo thành một lớp vỏ trong khi phần chính vẫn còn là nhựa nóng chảy
Lúc đầu lớp nhựa đông lại rất mỏng vì thế nhiệt mất đi rất nhanh, sau đó
càng nhiều nhiệt bị mất đi khi đi qua lớp nhựa mỏng tạo nên lớp nhựa đông dày
hơn. Sau một thời gian, lớp nhựa đông sẽ đạt được độ dày nhất định thì nhiệt độ
của nhựa và nhiệt sinh ra từ dòng chảy sẽ cân bằng với lượng nhiệt đã mất. Ở thời
điểm này, đã đạt được trạng thái cân bằng .

Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI


Vì nhựa dẫn nhiệt kém nên lớp vỏ ngoài sẽ đóng vai trò là lớp cách nhiệt
cho lõi trong của nhựa nóng chảy và giữ nhiệt cho lõi trong. Do đó nguyên liệu
nhựa vẫn có thể chạy qua lõi giữa trong quá trình phun. Nếu tốc độ phun tăng thì
lớp nhựa đông lại sẽ bị mỏng đi do nhiệt ma sát sinh ra cao hơn. Tương tự như thế,
độ nóng chảy và nhiệt độ của khuôn cao sẽ làm giảm độ dày của lớp nhựa đông lại
.Để có được lớp nhựa cách nhiệt bằng phẳng không nên để có góc nhọn làm cản
trở dòng chảy

II. Hệ thống kênh dẫn nguội:
Hệ thống kênh dẫn nguội dẫn nhựa nóng chảy từ vòi phun của máy ép phun qua
cuống phun, kênh dẫn, miệng phun rồi vào lòng khuôn mà không có bất kỳ tác
Hệ thồng kênh dẫn nguội
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 5

động nào về nhiệt đối với dòng nhựa này trên đường đi của nó. Khác với hệ thống
kênh dẫn nóng có bộ phận gia nhiệt cho dòng nhựa này.

Hệ thống kênh dẫn nóng

Hệ thống dẫn nhựa nguội bao gồm các bộ phận sau đây: cuống phun, kênh
dẫn, miệng phun, đuôi nguội chậm.
Cấu tạo của hệ thống kênh dẫn nguội

Kich thước của hệ thống dẫn nhựa đóng vai trò rất quan trọng đối với một
bộ khuôn. Nguyên tắc chung thiết kế hệ thống kênh dẫn là sao cho tổng khoảng
cách từ vòi phun của máy đến lòng khuôn là ngắn nhất có thể.Tuy nhiên cũng có
những yếu tố ảnh hưởng làm ta phải cân nhắc đến việc thiết kế kênh nhựa, chẳng
hạn như số lòng khuôn, độ phức tạp của sản phẩm,…Việc thiết kế hệ thống dẫn
nhựa hợp lý góp phần rút ngắn chu kỳ ép phun, sản phẩm sau khi ép tránh được
những khuyết tật và dễ dàng cho việc thiết kế các hệ thống khác trong bộ khuôn
như hệ thống làm mát.

Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

1. Cuống phun:
Dưới đây là hình ảnh 2 bạc cuống phun có 2 bulong và 4 bulong để gắn vào bộ
khuôn.

Cuống phun và loại máy ép được sử dụng
Cuống phun có lò xo giảm xóc
Cuống phun là chỗ nối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, có nhiệm vụ
đưa dòng nhựa từ vòi phun của máy đến kênh dẫn hoặc trực tiếp đến lòng khuôn
(đối với khuôn không có kênh dẫn). Hệ thống cuống phun được sử dụng thông
thường nhất có bạc cuống phun. Người ta thường dung bạc cuống phun để dễ thay
thế và gia công.
Để tăng tuổi thọ của khuôn, người ta gắn lò xo dưới cuống phun để giảm va
chạm có hại cho khuôn và vòi phun.
Sử dụng cho máy đến 350 tấn
Sử dụng cho máy trên 200 tấn
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Trên thực tế thì người dùng vòng định vị gắn ở đầu bạc cuống phun để bảo
đảm sự đồng tâm giữa vòi phun và cuống phun. Vòng định vị thường được tôi
cứng để không bị vòi phun của máy làm hỏng.

Lắp ghép giữa bạc cuống phun và vòng định vị

Kích thước của cuống phun phụ thuộc vào các yếu tố sau:
 Khối lượng, độ dày thành của sản phẩm, loại vật liệu nhựa được sử dụng.
 Độ dài của cuống phun phải phù hợp với bề dày của các tấm khuôn
(
 Cuống phun được thiết kế sao cho có độ dài hợp lý đảm bảo dòng nhựa ít bị
mất áp lực nhất trên đường đi.
Vòng định vị trên khuôn
Vòng định vị tiếp xúc
với vòi phun trên máy
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 8

 Kích thước lỗ vòi phun của máy cũng ảnh hưởng đến kích thước của cuống
phun. Theo xác định như hình trên độ mở cuống phun (ký hiệu là B) phải
lớn hơn đường kính miệng lỗ vòi phun của máy ép phun nhựa (xem trong
catalog của máy) từ 1 đến 2 mm. Ví dụ: đường kính miệng lỗ vòi phun của
máy ép phun nhựa là 10mm thì đường kính B phải là 11-12mm.

Tiếp xúc giữa vòi phun và bạc cuống phun
Cách tính kích thước khác: (Môn thiết kế khuôn-Trang 25)


Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Kích thước hợp lí của cuống phun




Điều này bảo đảm không có khe hở giữa cuống phun và vòi phun khi tiếp xúc
nhau. Khe hở như vậy do bị mòn có thể lớn dần gây ra một số vấn đề rò rỉ vật liệu.
 Góc côn của cuống phun cần phải đủ lớn để thoát khuôn nhưng nếu quá lớn
sẽ làm tăng thời gian làm nguội, tốn vật liệu, tốn thời gian cắt cuống phun ra
khỏi sản phẩm. Nếu góc côn quá nhỏ có thể gây ra khó khăn khi tháo cuống
phun khi mở khuôn. Vì vậy góc côn tối thiểu nên là 1
0
(Thiết kế khuôn cho sản
phẩm nhựa-Vũ Hoài Ân -1994- Trang 29).
Trên khuôn, cuống phun được lấy ra cùng lúc với lấy sản phẩm. Do đó, cần có bộ
phận kéo cuống phun khi mở khuôn. Người ta lợi dụng phần nhựa để giữ cuống
phun làm đuôi nguội chậm

Tính toán đuôi nguội chậm
( />/cold_slug_well.htm)
Đường kính vòi
phun lớn hơn cuống
phun

Bán kính tiếp xúc giữa vòi
phun và chõ lõm của cuống
phun không hợp lí
Hợp lí
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 10


2. Kênh nhựa:
Kênh nhựa là đọan nối giữa cuống phun và miệng phun. Chúng làm nhiệm
vụ đưa nhựa vào lòng khuôn.
Vì thế khi thiết kế chúng cần phải tuân thủ một số nguyên tắc kỹ thuật để
đảm bảo chất lượng cho hầu hết sản phẩm. Sau đây là một số nguyên tắc mà ta cần
phải tuân thủ:
 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 nên càng ngắn càng tốt, để có thể nhanh chóng
điền đầy lòng khuôn mà tránh không mất áp lực và mất nhiệt trong quá trình
điền đầy.

Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 11

 Kích thước của kênh nhựa tùy thuộc vào từng loại vật liệu mà khác nhau.
Một mặt kênh nhựa phải đủ nhỏ để làm giảm phế liệu, rút ngắn thời gian nguội
(ảnh hưởng đến chu kì của sản phẩm), giảm lực kẹp. Mặt khác phải đủ lớn để
chuyển một lượng vật liệu đáng kể để điền đầy lòng khuôn nhanh chóng và ít bị
mất áp lực.

Một số tiết diện kênh dẫn
Sau đây là bảng so sánh giữa các tiết diện kênh dẫn:

Loại kênh dẫn Ưu điểm Nhược điểm
Tiết diện tròn

- Diện tích bề mặt cắt
nhỏ nhất.
- Ít mất nhiệt, ít ma sát
- Có lõi nguội chậm
giúp duy trì nhiệt và
áp suất.
- Khó cho việc gia công
đồng tâm giữa hai nữa
khuôn -> đắt
Tiết diện hình thang hiệu
chỉnh

- Chỉ xếp sau kênh dẫn
tròn về tính năng.
- Dễ gia công hơn vì
chỉ cần gia công trên
một phẩn khuôn.
- Tốn nhiều vật liệu hơn.
- Mất nhiệt nhanh hơn

kênh tròn do dien tích
bề mặt lớn hơn

Tiết diện hình thang

- Dễ gia công.
- Diện tích về mặt lớn
hơn kênh hình thang
hiệu chỉnh nên mất
nhiệt nhanh hơn.
- Tốn vật liệu

Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 12


- Dễ gia công.
- Do tiết diện nguội
không đều nên làm
tăng ma sát, áp suất
không đều.
- Xảy ra sự cố, tắc dòng
chảy, khó thoát khuôn,
ma sát lớn
(Môn thiết kế khuôn-Trang 29)

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

4


Trong đó: D
h
. đuờng kính thủy lực, A. diện tích mặt cắt ngang, P. chu vi

(Môn thiết kế khuôn-Trang 30)
Hệ số D và f
L
có thể dung đồ thị sau đây:

Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Ảnh hưởng của bề dày sản phẩm và khối lượng đến đường kính kênh dẫn như
sau:
Quan hệ giữa các số lượng thay đổi dùng cho ABS,
Polystryrene và cellulose.

Quan hệ giữa các số lượng thay đổi dùng cho Polycacbonates, Polyamides,
Polyacetals, Polyethylenes và Polypropylenes.
Đường kính kênh dẫn nên bằng với bề dày của sản phẩm, nhưng nằm trong
khoảng 4-10mm để dòng nhựa điền đầy tốt và đảm bảo chu kì phun (Product Mold
Design-Trang 63)
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 14

Ví dụ: Tính toán đường kính cho kênh dẫn hình thang trong mô hình

Với L: chiều dài cuống phun
L1: chiều dài kênh dẫn chính
L2: chiều dài kênh dẫn phụ
L3: chiều dài miệng phun
Bằng phần mềm, ta có:
Chiều dài tổng cộng của kênh dẫn: L
C
=L1+L2+L3=55+33,5+15.5=94mm
Thể tích lòng khuôn: V=61000mm
3

Khối lượng riêng của vật liệu (Cycoloy C2100HF): 1,075g/cm
3

Khối lượng của sản phẩm: G=61.1,075=65,57g
Tra theo các bản số liệu trên ta được:
D’=3.8






Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 15

L
f
=1.1

 D=3,8x1,1=4,18mm
Mô phỏng với hệ thống kênh dẫn này:
Thời gian điền đầy
Thời gian nguội
(Design of Injection Mould Using CAE- Ivan Gajdoš, Ľudmila Dulebová-Trang
61)
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

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.
Mối quan hệ giữa đường kính kênh dẫn chính và kênh dẫn nhánh như sau:

Kênh nhựa phải được thiết kế để điền đầy lòng khuôn đúng tỉ lệ qui định để
tránh quá lượng dẫn đến sự cố, bị cong vênh. Để tránh được điều này cần có sự
cân bằng hệ thống kênh nhựa












Kênh cân bằng nhân tạo

Trong thực tế, sau khi thử nghiệm khuôn, số miệng phun của những lòng

khuôn chưa được điền đầy phải tăng kích thước lên, sau đó việc phun tiếp theo
được thực hiện nhiều hơn, miệng phun được mở rộng nếu cần thiết, cho khi tất cả
các sản phẩm được điền đầy. Biện pháp tốt nhất là cho độ dài của các kênh nhựa
của tất cả các sản phẩm như nhau (kênh nhựa được cân bằng từng phần).

Kênh nhựa 5 miệng phun Kênh nhựa 8 miệng phun Kênh nhựa 6 miệng phun
S
ản phẩm

Kênh d
ẫn

Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 17














Kênh nhựa 10 miệng phun Kênh nhựa 12 miệng phun

Kênh nhựa 24 miệng phun
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 18

Sơ đồ phân bố các lòng khuôn.
Các kênh nhựa và các miệng phun điều được làm tốt, áp lực trong tất cả các
sản phẩm như nhau. Nhược điểm là độ dài tổng tương đối lớn nhưng đã có những
phần mềm mô phỏng những dòng chảy nhựa do đó có thể nhanh chóng xác định
được hình dáng kênh nhựa tối ưu.
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 19


Mô phỏng hệ thống kênh dẫn nhựa
3. Miệng phun:
Miệng phun là miệng mở giữa kênh dẫn nhựa và lòng khuôn, các miệng
phun thường được giữ ở kích thước nhỏ nhất và được mở rộng nếu cần thiết.
Những miệng phun lớn tốt cho sự chảy êm của dòng nhựa nhưng nó lại có một
nhược điểm là phải tốn thêm thời gian chi phí và để lại vết cắt lớn trên sản phẩm.
Nên thiết kế miệng phun ngắn 0,8 – 1,5 mm
.
Các kiểu miệng phun thông dụng:
a. Miệng phun trực tiếp:
Thường dùng cho các khuôn có một lòng khuôn, nơi mà vật liệu được điền vào
khuôn một cách trực tiếp mà không qua hệ thống kênh dẫn. Do đó, việc mất áp
trong quá trình điền đầy là rất bé, tuy nhiên dấu vết để lại trên sản phẩm lớn và

phải mất thời gian cho quá trình tách cuống phun.
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 20


Miệng phun trực tiếp và vết cắt để lại trên sản phẩm
Kích thước dành cho việc thiết kế:
(Môn thiết kế khuôn-Trang 41)
Hay:


Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 21

(Injection Molding Guide for Dyneon PFA-Trang 6)
Đường kính đầu cuống phun-Đường kính vòi phun>=0.5
Độ côn tiêu chuẩn 2.4
0

Đường kính tại nơi gặp nhau của cuống phun và chi tiết phải tối thiểu là 1.5mm,
lớn hơn hoặc xấp xỉ 2 lần bề dày của chi tiết tại điểm đó.
Nên bo góc đẻ giảm ứng suất tại đó.
(

b. Miệng phun điểm chốt (điểm):
Kiểu này thông dụng với cấu trúc khuôn 3 tấm hoặc những lòng khuôn lớn
cần nhiều miệng phun, hoặc cho loại khuôn có nhiều lòng khuôn. Hệ thống kênh
nhựa thường là hình thang hay hình thang hiệu chỉnh ở tiết diện ngang để tiện việc

gia công và lắp chốt kéo miệng phun khi mở khuôn. Ưu điểm của loại này là có
thể bố trí nhiều miệng phun vào lòng khuôn đối với những lòng khuôn lớn, giúp
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 22

cho việc điền đầy nhanh chóng và tốt hơn. Tuy nhiên có thể gây quá nhiệt đối với
loại vật liệu có cấu trúc sợi dài và có độ nhớt kém.

Miệng phun kiểu chốt

Kích thước của miệng phun điểm chốt quan trọng, nếu điểm chốt quá to
hoặc phần côn quá nhỏ thì dấu vết của nó thấy rất rõ. Kích thước dành cho việc
thiết kế:
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 23

(Môn thiết kế khuôn-Trang 49)



Hình trên chỉ ra quan hệ của các đại lượng. Theo tính toán chung R=2xC thì
chiều dài B là khoảng 1-1.5mm (Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa-Vũ Hoài Ân-
1994-Trang 49)




Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 24


Tránh dùng cho sản phẩm có kích thước thành lớn hơn 5mm
(

(12566_06a-Trang 213)

Các kiểu lỗ chốt kéo kênh dẫn
Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI

Vị trí chốt kéo trên khuôn

c. Miệng phun cạnh:

Là kiểu miệng rất thông dụng nó có thể sử dụng cho các loại sản phẩm có
thành mỏng hoặc trung bình bởi kết cấu đơn giản và không cần độ chính xác cao.
Miệng phun kiểu cạnh được đặt trên mặt phân khuôn, và điền đầy lòng
khuôn từ bên hông, trên hay dưới.
Miệng phun cạnh.