Hệ thống cấp nhựa nóng (HOT RUNNER HR)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

HỆ THỐNG CẤP NHỰA NÓNG
(HOT RUNNER -HR)

BÁO CÁO

HỆ THỐNG CẤP
NHỰA
NÓNG
(HOT
RUNNER –HR)
 GVHD:
TRẦN
MINH
THẾ UYÊN
A.CHỨC NĂNG :
•

Đưa nhựa nóng vào trong long khuôn , khi dòng nhựa đi ra từ máy ép


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA
•

Luôn giữa nhựa nóng chảy trong hệ thống kênh dẫn

Yếu cầu kỹ thuật:

•
•
•

•
•
•
•
•
•
•
•
•

Nhiệt độ phân bố đồng nhất trên dòng chảy (hệ thống cấp nhiệt bù lượng nhiệt mất và
nhiệt độ ổn định trên toàn kênh dẫn)
Giảm thiểu khả năng mất áp suất khi dòng nhựa nóng chảy qua kênh dẫn
Có khả năng điều khiển trạng thái miệng phun như một cái van nhiệt
o Mở : khi phun nhựa vào lòng khuôn
o Đóng : khi mở khuôn lấy sản phẩm
Chống rò rĩ trong hệ thống
Phải dễ đổi màu trong một số trường hợp
Tính bề, đặt biệt bộ phận cấp nhiệt
Dễ lắp ráp vào khuôn
Dễ dàng làm sạch và thay thế thành phần bị mòn hoặc hỏng
Tấm manifold phải chế tạo chính xác
Tấm manifold và nozzle phải giãn nỡ
Hệ thống dân điện trở không tiếp xúc trực tiếp với manifold nóng.
Sử dụng những chi tiết đỡ phụ những nơi cần thiết

B.CẤU TRÚC :
Chức năng :
Bạc cuốn phun:

GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 2


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA






Kế nối đầu phun của máy phun
Làm kín hệ thống dòng chảy từ máy đến vòi phun
Giảm áp xuất khi cần
Lọc nhựa nóng nếu yêu cầu

Kênh dẫn phân phối nhựa đến các vòi phun (Manifold)





Vận chuyển phấn phối dòng nhựa nóng
Duy trì nhiệt độ nhựa là một hằng số trong khi phun
Truyền áp xuất cho dòng nhựa

Vòi phun (Nozzle)

GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 3


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA




Cấp nhựa nóng tới miệng phun
Duy trì nhiệt độ nhựa là một hằng số trong khi phun

Miệng phun




Cung cấp nhựa nóng đến lòng khuôn
Duy trì đường dẫn nhựa vào lòng khuôn
Ngắt dòng chảy nhựa

ƯU ĐIỂM:
GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 4

THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA
•
•
•
•
•

Giảm thời gian chu kì ép
Hạn chế việc sử dụng kênh dẫn nguội (Cold Runner) có thể những phế liệu sót lại hay
phải nghiền lại
Hạn chế lãng phí nhựa (Phân loại,Nghiền lại lưu trữ),từ đó tiết kiệm lao động và giảm
năng lượng tiêu thụ
Cải thiện độ bền và chất lượng chi tiết
Giảm áp xuất phun

HẠN CHẾ:

•
•
•
•

Hệ thống HR phải được sử dụng cho những ứng dụng và cho những vật liệu riêng biệt
Sự nguy hiểm về nhiệt khi sử dụng các loại nhựa nhạy nhiệt
Bộ điều khiển nhiệt độ yêu cầu phải chính xác
Giá thành chế tạo cũng như bảo trì cao

1.BẠC CUỐN PHUN
A. Chức năng:

•

Giúp dẫn nhựa từ vòng phun phun của máy đến manifold

B. Đặc điểm:

•

Gia nhiệt cho bạc cuốn phun và điều khiển nhiệt độ giống như các bộ phận khác trong
kênh dẫn nóng .

C.Phân loại:
3 loại cơ bản

•
•
•
a
•
•
b
•
c
•

Cuống phun dạng mở
Cuống phun có buồng giảm áp
Cuống phun dạng đóng

Cuống phun dạng mở
Kênh dẫn có cuốn phun dạng mở có thể hình trụ hay hình nón (ngăn ngừa thất thoát
nhựa từ cuốn phun khi nozzle bị lấy ra)
Cần phù hợp giữa kênh dẫn giữa cuốn phun và kênh dẫn của một nozzle
Cuống phun có buồng giảm áp
Giảm áp xuất dòng nhựa chảy dẻo trong hệ thống HR , ngăn chặn dòng nhựa bị căng và
thất thoát từ Nozzle khi khuôn mở nhanh và không khí bên trong bạc cuốn phun bị cháy
Cuống phun dạng đóng
Hỗ trợ van một chiều trong kênh dẫn, có thể cho dòng nhựa thông qua do vòi phun bị kéo
và cho không khí đi vào bên trong

GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 5


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA

2.KÊNH DẪN MANIFOLD
A. Chức năng:
•

Gián tiếp vận chuyển và phân phối dòng nhựa nóng đến miệng phun nozzle và đến các
lòng khuôn

B.Cấu tạo và Đặc điểm:
1.Thân manifold làm từ hợp kim hoặc thép không gỉ
2. Rãnh nhựa : để dẫn nhựa lỏng chảy trong nó, càng nhặn càng tốt
3.Chốt giới hạn : phải kín để tránh rò rỉ nhựa hoặc không bị trượt khi chịu áp suất cao trong quá
trình hoạt động, nhưng cũng phải dễ tháo lắp khi bảo trì hệ thống

4.Chốt xuyên : đảm bảo nhựa không rò rỉ với áp xuất cao
5.Đầu ren : dễ dàng cho lắp ráp
6.Lớp bọc điện trở manifold : làm từ kim loại dễ uốn , dẫn nhiệt tốt . Cung cấp và di trì nhiệt độ
cho manifold
7.Nhiệt trở hình ống : bố trí quanh manifold bù nhiệt độ mất mát trên bề mặt manifold. Không
làm nhựa quá nhiệt sẽ dẫn đến cháy , tạo vếch đen trên sản phẩm

C.Yêu cầu kỹ thuật thiết kế Manifold:
•
•
•
•
•
•
•

Ước lượng sản phẩm và vật liệu dựa trên tiêu chuẩn và đặc điểm kỹ thuật
Xác định cổng vào nhựa phù hợp
Xác định chuỗi nozzle phù hợp trên các nhân tố : đổi màu, thành mỏng, chiều dòng chảy,
vật liệu dễ mòn, thời gian chu trình nhanh và mặt sản phẩm hoàn hảo
Tính toán số lượng sản phẩm dựa trên : kích cỡ máy phun, lực kẹp, khoảng cách ngắn
nhất giữa các Nozzle
Bản thiết kế Nozzle càng đối xứng càng tốt
Chọn những Manifold tiêu chuẩn với kích thước phù hợp
Thiết kế các chi tiết khuôn hot runner
o Sử dụng tấm cavity plate cho vòi phun dài , để tang độ cứng và bền cho khuôn.
Thiết kế kênh dẫn nguội ở giữa tấm khuôn xung quanh các vòi phun Nozzle
o Sử dụng tấm kẹp (Black plate) dày tối thiểu 50mm
o Thiết bị kẹp phù hợp giữa tấm Back plate và tấm khuôn giữ vòi khuôn (Nozzle
cavity plate) đảm bảo bịt kín giữa Manifold và Nozzle

o Sử dụng một tấm cách nhiệt

GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 6


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA
o Sử dụng các tấm insert cổng làm nguội và các kênh nguội bao quanh tấm insert
a.Cấu trúc khuôn cho manifold:

•
•

Tấm Black plate và tấm đỡ bolster tách rời
Những cái hốc được gia công cho Manifold, giúp các thành phần vững chắc hơn và tháo
lắp dễ dàng (tất cả các bộ phận HR điều có thể tháo lắp được) có khoảng hở ít nhất 1mm
bao quanh.

b.Kẹp chặc:

•

Sử dụng bu lông kẹp chặt gần Manifold nhất để đảm bảm độ kẹp chặc

c.Thiết kế hệ thống làm nguội cho Black plate
Có một đầu vào , đầu ra và những nút (plug) để bịt các đầu còn lại . Làm nguội ở đây rấ quan trọng vì
lượng nhiệt tập trun phần lớn ở đây
d.Các kích thước quan trọng của một Manifold:
Kích thước M : bề dày của Manifold

Kích thước M1 : chiều rộng của Manifold
Kích thước J2 : là đường kính kênh dẫn nhựa nằm trong Manifold

d

Tính toán sự giản nở vì nhiệt

Với
là kích thước của Manifold (mm)
GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 7


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA
Là kích thước của Manifold trong khuôn(kích thước giãn nỡ) (mm)
Là nhiệt độ của Manifold (C)
Là nhiệt độ của khuôn (C)
Là hệ số giãn nở nhiệt (1/C)

C.VÒI PHUN
A.Chức năng:
•

Dẫn nhựa nóng đến miệng phun, gián tiếp đưa nhựa từ kênh dẫn nóng đến lòng khuôn

B.Cấu tạo và đặc điểm

a.Cấu tạo
1Nozzle tip

2 Vòng đệm
3 Chốt van
4 Thiết bị gia công nhiệt
5 Cặp nhiệt điện
6 Thân Nozzle

B.Đặc điểm chung
•
•

•

•

Có dây dẫn nhiệt đến miệng phun
Chi tiết quan trọng, đạt được yêu cầu cao:
o Nhiệt độ ở điểm đầu và điểm cuối của vòi phun chênh lệch thấp
o Cách nhiệt giữa vòi phun và khuôn
o Không để nhựa đông cứng tại miệng phun
o Dễ dàng làm sạch, tháo lắp
o Có khả năng thích ứng với hình dạng của khuôn và tính chất của nhựa
Vòi phun được gia nhiệt từ bên trong hay bên ngoài . Vật liệu có tính dẫn nhiệt cao hợp
kim đồng. Bộ phận gia nhiệt được đặt bên cạnh hoặc từ hệ thống kênh dẫn Manifold đến
vòi phun
Đặt tính nhiệt nên tuyến tính

C.Phân loại:
•
•

Vòi phun gia nhiệt ngoài
Vòi phun gia nhiệt trong

GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 8


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA
•
•

Vòi phun cách ly
a
•
•
•
•
•

Vòi phun gia nhiệt ngoài

Rãnh nhựa tròn bao quanh bạc
Bạc được bao quanh bởi một hay nhiều loại điện trở khác nhau
Và được bao quanh một lớp khí, cách ly nhiệt với lòng khuôn
Cặp nhiệt điện được gắn vào Nozzle(1 điển trở gắn ở đầu nozzle , cái khác
nằm cuối nozzle
và miệng phun) để cung cấp tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển nhiệt độ của
Nozzle

ƯU ĐIỂM :

o Thiết lập đơn giản
o Chi phí thấp
NHƯỢC ĐIỂM:

o
o
o
o

•
•

Không được ưu điểm vì nhựa đông đặc nhựa tại miệng phun
Đòi hỏi chu kỳ nhanh để duy trì trạng thái chảy
Giai đoạn khởi động lâu để ổn định nhiệt độ chảy
Gặp vấn đề khả năng điền đầy sản phẩm

b Vòi phun gia nhiệt trong
o Một Kênh dẫn nhựa chạy qua một bạc .
o Có một đầu gia nhiệt đặt ở tấm kênh dẫn tạo một hình vành khuyên
o Một cặp nhiệt điện được đặt trong đầu gia nhiệt này để lấy tính hiệu phản hồi về
bộ điều khiển
Ưu điểm
o Gia tang sự phân phối nhiệt
Nhược điểm
o Chi phí cao hơn
o Nhiệt độ cân bằng giữa các chi tiết trong khuôn
o Nhiệt độ cân bằng giữa các thành phần khó

o Phải tính toán giãn nở giữa các chi tiết của khuôn
c

Vòi phun kiểu cách ly

o Bao gồm tấm manifold gia nhiệt bên ngoài và nhiệt dẫn đến làm nóng cá nozzle
và các nhánh, loại này phổ biến với những thiết kế riêng (vật liệu dẫn nhiệt tốt
hợp kim đồng)
o Nozzle nối với Manifold bằng mối ghép ren có khả năng truyền nhiệt lớn nhất

GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 9


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA

•

Ưu điểm:

•

o Gia tăng sự phân phối nhiệt độ
o Điều khiển nhiệt độ tốt hơn
Nhược điểm:
o Chi phí cao và thiết kế phúc tạp
o Phải tính toán hệ số giãn nỡ

D. Thiết kế và tính toán sự giãn nỡ vì nhiệt

•

Lựa chọn chiều dài Nozzle phải phù hợp với chiều dài khuôn (gắn nhất có thể)
o Trọng lượng nhựa phun ra trong một Nozzle
o Vật liệu nhựa và chất phụ gia
o Vị trí miệng phun
o Các thông số quan trọng trên Nozzle

Chiều dài thực của Nozzle

=L+ +q

Với:
L là chiều dài loại Nozzle được lựa chọn (mm)
là giá trị giãn nở của Nozzle (mm)
GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 10


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA
q la khe hở miệng phun

Giá trị được tính như sau:

•
•
•
•

•
•

là chiều dài Nozzle (mm)
là chiều dài Nozzle luc giãn nở (mm)
Là hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu(1/C)
là nhiệt độ bộ chia nhựa (C)
Là nhiệt độ của khuôn (C)
D. MIỆNG PHUN (GATE)

A.Chức năng:

•

Phun nhựa vào trong lòng khuôn

B.Yêu cầu kỹ thuật của miệng phun:

•
•
•
•
•

Chống lại sự đông đặc và ngắt dòng chảy nhựa
Không có kéo sợ hay nhỏ giọt
Mất áp suất nhỏ
Khu vực dòng chảy là nhỏ nhất
Để lại dấu vết miệng phun là nhỏ nhất

C.Phân Loại miệng phun:

•
•
•
•

Miệng phun dạng mở
Miệng phun kiểu van
Miệng phun kiểu van tuần tự
Miệng phun kiểu vancore
a

Miệng phun dạng mở

Dùng cho mọi vật liệu tinh thể và vô định hình của nhựa
Thông số:
GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 11


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA

•
•
•
•
•
•

•
•
•
•
•

•
•
•
•

•

 Đường kính miệng phun
 Vung làm mát miệng phun
 Điều khiển nhiệt độ ở đỉnh miệng phun
Để lại một vết nhỏ trên bề mặt chi tiết
Miệng phun thường lún vào
Không phù hợp với vật liệu chảy cao và ứng suất cắt cao
Đóng kín miệng phun bằng hóa rắn
Ưu điểm:
Dễ chế tạo
Sử dụng cho mọi vật liệu nhựa
Nhược điểm
dd
Việc nhựa bị kéo dây. Do nhiệt độ miệng phun quá cao thì chốt nhựa có thể bị nhựa đục
thủng xuyên qua
Việc hình thành đuôi nhựa có thể gây khó khăn trong quá trinh điền đầy khuôn
o Giải pháp là tạo hốc nhỏ hình hột đậu trong lõi ở phía đối diện miệng phun

b Miệng phun kiểu van
Đóng mở chốt van để cho dòng nhựa từ miệng phun chảy vào lòng khuôn. Chốt mở van
được vận hành bằng thủy lực
Trước khi ép, chốt van ở vị trí thụt vào. Miệng phun mở rộng làm cho nhựa dễ dàng chảy
vào lòng khuôn
Trước khi nhựa tại miệng phun hóa rắn hoàn toàn thì chốt di chuyển đến vị trí đóng van
Ưu điểm:
o Giảm chu kì ép
o Tạo ra miệng phun hoàn thiện không có kéo sợi hoặc nhỏ giọt. Để lại vếch nhỏ
hơn so với các miệng phun tiêu chuẩn
o Làm tốt trên tất cả các loại nhựa. Trừ loại nhựa có tác nhân gây mài mòn
o
Nhược điểm

GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 12


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA
o Chốt thẳng khi đẩy sản phẩm ra sẽ làm vật liệu tại chổ hở làm tăng miệng phun
trên sản phẩm và tăng độ mài mòn giữa chốt với lỗ miệng phun (sữ dụng chốt côn
để khắc phục phần nào)
o Phải bảo đảm định tấm tốt giữa miệng phun và chốt van để hạn chế mài mòn

•

•

•

•

c Miệng phun kiểu van tuần tự
Lúc đầu một miệng phun sẽ mở và được điền đầy . Khi nhựa đã chảy qua
miệng phun thứ hai, miệng phun này mở tiếp và tiếp tục điền đầy miệng phun
thứ ba. Miệng phun thứ ba mở và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi điền đầy
phần còn lại của sản phẩm
Ưu điểm:
o Loại này loại trừ sự hình thành của đường hàn.

d Miệng phun kiểu vancore
Kiểu này ứng dụng để ép những sản phẩm có dạng lỗ tại tấm chi tiết như bánh
rang nhựa, chi tiết dạng ống, chi tiết bánh rang nhựa.
e Một số kiểu đóng mở van miệng phun khác
Sử dụng van thủy lực, khí nén rời kết hợp với khuôn một lòng khuôn, sử dụng
kên dẫn nóng, với miệng phun kiểu van

GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 13


THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA

TÀI LIỆU THAM KHẢO: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN
PHUN ÉP NHỰA( T.S PHẠM SƠN MINH – THS TRẦN MINH
THẾ UYÊN)
WEB THAM KHẢO : />
GVHD: TRẦN MINH THẾ UYÊN

Page 14