Đặc điểm công nghệ ép phun

1 Đặc điểm công nghệ ép phun
•

Vùng tạo hình được xác lập trước – khuôn khép kín trước khi nhựa được bơm vào khuôn
qua các rãnh, cửa có tiết diện nhỏ.

•

Quá trình gia công gồm 2 quá trình:

•

Nhựa hoá trong xi lanh nguyên liệu.

•

Tạo hình trong khuôn.

•

Độ chính xác kích thước cao.

•

Chu kỳ đúc ngắn từ vài giây đến chục phút.

•

Năng suất cao, ít tốn công hoàn tất.

•

Thích hợp cho gia công nhựa nhiệt dẻo.

2 Cấu tạo chung
Máy ép phun có cấu tạo gồm những phần chính như sau:

Hình 1.1: Cấu tạo chung của máy ép phun

a. Hệ thống hỗ trợ ép phun: giúp vận hành máy ép phun
Gồm:
•

Thân máy (Frame)

•

Hệ thống điện (Electrical system)

•

Hệ thống thủy lực (Hydraulic system)

•

Hệ thống làm nguội (colling system)


b. Hệ thống phun

Hệ thống phun có nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình cấp nhựa, nén, khử

khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và định hình sản phẩm. Gồm:
•

Phễu cấp liệu (hopper): chứa vật liệu dạng viên để cấp vào khoang trộn.

•

Khoang chứa liệu (Barrel): chứa nhựa để vis trộn di chuyển qua lại bên trong nó. Khoang
trộn được gia nhiệt bằng các băng cấp nhiệt. Nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệu cung
cấp khoảng 20-30% nhiệt độ cần thiết để làm chảy nhựa.

•

Băng gia nhiệt (Heater band): Giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu để nhựa bên trong
khoang luôn ở trạng thái chảy dẻo. Trên máy có nhiều băng gia nhiệt, cài đặt với nhiệt độ
khác nhau, tạo ra các vùng nhiệt độ thích hợp cho quá trình ép phun.


•

Trục vít (screw): có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa chảy dẻo
vào lòng khuôn.
Cấu tạo trục vis:

•

Bộ hồi tự hở (non-return assembly, non-return valve)

Bộ phận này gồm vòng chắn hình nêm, đầu trục vis và seat. Chức năng của nó là tạo dòng
nhựa bắn vào khuôn.

Khi trục vis lùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển hướng về vòi phun và cho phép nhựa
chảy về phía trước đầu trục vis. Còn khi trục vis di chuyển về phía trước thì vòng chắn hình nêm
sẽ di chuyển về hướng phễu và đóng kín với seat không cho nhựa chảy ngược về phía sau
•

Vò
i

phun (nozzle): có chứa năng nối khoang trộn với cuống phun và phải có hình dạng đảm bảo
bịt kín khoang trộn và khuôn. Trong quá trình phun nhựa lỏng vào khuôn, vòi phun phải
thẳng hàng với bạc cuống phun và đầu vòi phun nên được lắp kín với phần lõm của bạc
cuống phun thông qua vòng định vị để đảm bảo nhựa không bị phun ra ngoài và tránh mất
áp.


c. Hệ thống khuôn

d. Hệ thống kẹp ( DỰA TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỰC)
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 thức một chu kỳ ép phun. Bao gồm

•

Cụm đẩy của máy (machine ejectors): gồm xilanh thủy lực, tấm đẩy, cần đẩy. Tạo ra lực
đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn

•

Cụm kìm (clamp cyclinders): cung cấp lực để đóng mở khuôn và giữ khuôn trong suốt

quá trình phun.

•

Tấm di động (moveable platen)

•

Tấm cố định (stationary platen)

•

Những thanh nối (tie bars)

•

Bộ phận kẹp dùng tay đòn hiện nay là một hệ thống cơ học chính của máy ép phun. Nó
không phải là hệ thống cơ học đơn thuần theo nghĩa hẹp , vì thuỷ lực cũng được dùng trong


truyền động của cánh tay đòn trong hệ thống này. Về nguyên tắc, tuy nhiên nó là hệ thống
cơ học.

Như đúng với
tên gọi, bộ phận
kẹp dùng tay đòn dựa trên nguyên lý sử dụng đòn bẩy. Đòn bẩy có hai ưu điểm lớn :
•

Lực

Sử dụng cánh tay đòn của bề dài càng lớn cho phép di chuyển tải lớn bằng tiêu chỉ chút ít
lực ( nguyên lý kích xe ).
•

Tốc độ

Nó có thể với tốc độ thấp một cạnh của cánh tay đòn để đạt tới tốc độ độ cao ở bên kia.
Lưu ý là có thể đạt được tốc độ và lực có thể chuyển giao được tồn tại đưa vào trực tiếp, mối
quan hệ phụ thuộc lẫn nhau. Khi lực truyền tăng lên, tốc độ giảm xuống.
Cả hai ưu điểm của đòn bẩy được dùng trong dịch chuyển cánh tay đòn. Vì người ta mong
tiêu tốn càng ít thời gian càng tốt trong quá trình dịch chuyển chi tiết máy đưa vào quy trình ép
phun, thực tế nó được dùng để di chuyển các bộ phận kẹp và khuôn càng nhanh càng tốt đưa vào
vị trí được mở rộng.
Ngược lại, bộ phận kẹp di chuyển một cách chậm chạp khi khuôn đóng kín. Người ta mong
muốn ngăn ngừa va chạm với nửa khuôn của phần tử ứng với tốc độ độ cao.
Tác dụng khác nhau đến lực truyền. Khi khuôn mở, chỉ phải truyền lực đủ để chuyển một nửa
khuôn di động. Tuy nhiên, khi khuôn đóng lại, cần phải truyền rất nhiều lực để đóng cửa khuôn
nguọc lại với áp lực phun. Cả hai điều kiện có thể thực hiện hoàn toàn hiệu quả với cánh tay đòn,
hình 5-3 hiển thị bộ phận kẹp có cánh tay đòn : một hình ở vị trí đóng, và hình còn lại ở vị trí
mở.
*Nguyên
hệ thống
dùng

lý hoạt động của
pít - tông thủy lực
cánh tay đòn


Để di

chuyển đòn bẩy, pít tông thủy
lực nhỏ có số lượng
nhiều trong
tất cả các trường hợp.
Khi khuôn đóng cửa đòn bẩy được hoàn toàn mở rộng, khỏi cần tác dụng thêm bất cứ lực gì với
piston thủy lực
Có nhiều bản thiết kế đòn bẩy khác nhau. Chọn lực tùy theo lực tác dụng lên bộ phận kẹp và tốc
độ, từ đó khuôn phải được di chuyển.

Mô hình của trục khuỷu với xilanh dẫn hướng chuyển động
Nhiều phần của bộ phận kẹp dùng cánh tay đòn tương đối mắc tiền . Điều kiện tác dụng tối ưu
của cánh tay đòn - lực lớn ở tốc độ thấp - di chuyển được trong phạm vi hẹp. Hệ thống này có
thể đạt hiệu quả miễn là khuôn không bị thay đổi và kích thước của khuôn không thay đổi ( ví dụ
như khuôn trở thành nóng trong quá trình sản xuất ). Mọi nổ lực của ngành chế tạo máy với kỹ
thuật cao phải bù cho thay đổi không tránh khỏi này.


Vì lý do này và những lý do khác, thay thế cho bộ phận kẹp đang dùng cánh tay đòn, Một thí
dụ như vậy lựa chọn là bộ phận kẹp thuỷ lực.
*Nguyên lý hoạt động của bộ phận kẹp Thuỷ lực :
Trong bộ phận kẹp thuỷ lực, một thanh truyền thuỷ lực trực tiếp chịu trách nhiệm về chuyển
động của khuôn và tác dụng theo đòi hỏi của lực kẹp.

KẸP THỦY LỰC
Ở phần bên trái của một hình vẽ, chất lỏng thuỷ lực đẩy con trượt kẹp ra, do đó khuôn đóng. Ở
phần bên phải của một hình vẽ, thanh truyện thủy lực dưới tác động của chất lỏng thuỷ lực giữ
lại thanh- cuối của con trượt. Khuôn sau đó mở ra.

Có hai ưu điểm chủ yếu của bộ phận kẹp thuỷ lực. Chúng có thể được điều chỉnh rất nhanh
chóng với kích thước khuôn khác nhau, và chúng không bị ảnh hưởng bởi thay đổi nhiệt độ.

Trong khi cánh tay đòn chỉ là có khả năng tác dụng lực lớn nhất khi nó là hoàn toàn mở rộng,
thanh truyền thuỷ lực có thể truyền lực tới bất cứ điểm mong muốn dọc theo nó bằng tác dụng
chất lỏng thuỷ lực dưới áp lực thích hợp.


Lực để có thể truyền bằng thanh truyền thuỷ lực là sản phẩm của áp lực chất lỏng và diện
tích được thưc hiện do áp lực này.
Vì lý do thực tế, áp lực chất lỏng thuỷ lực đưa vào máy ép phun hiện giới hạn đến 200 đến
250 bar ( 2900-3600 psi ). Do đó, lực đòi hỏi để giữ khuôn đóng là lớn nhất đạt được do tác dụng
áp lực qua khu vực rộng lớn.
Điều này liên quan đến một số sự bất lợi cho việc thiết
kế của bộ phận kẹp thuỷ lực. Tuy nhiên, nhiều chất lỏng
thuỷ lực phải làm đầy xi lanh với khu vực rộng lớn xảy ra
tình huống con trượt được thiết kế với đường di chuyển dài.
Lý do này làm khuôn phải được mở rộng lớn hơn. Chẳng
hạn như, phải cung cấp không gian cho các thiết bị truyền
động để chèn được vào giữa trục khuôn. Điều này đòi hỏi ăc
quy lớn và máy bơm mạnh.

Thế nhưng, diện tích lớn của thanh truyền được yêu cầu chỉ khi lực kẹp tác dụng. Cần ít lực là đủ
để cho sự di chuyển khuôn. Do đó, xi lanh nhỏ cho tiến hành truyền động thường kết hợp với xi
lanh kẹp lớn. Hoạt động của bộ phận kẹp:

Diện tích xi lanh nhỏ cho tốc độ truyền cao để thực hiện hành trình tăng tốc đạt được, dù là máy
bơm cỡ nhỏ. Bộ phận kẹp sau đó được sử dụng bằng xi lanh chính.
Ngoài hai loại chính của bộ phận kẹp ( cơ học và thuỷ lực ), cũng có kết hợp của cả hai lọai.
Tất cả các hệ thống đều có ưu điểm và nhược điểm. Nói cách khác, không có cơ cấu vạn năng
của bộ phận kẹp. Lựa chọn của hệ thống được dùng trong ép phun của chất dẻo được xác định
sau cùng bằng phương pháp sản xuất tiết kiệm nhất, chẳng hạn như một hoặc nhiều khoang
khuôn và phù hợp với máy.

Bảng so sánh giữa kìm thủy lực và kìm cơ cấu khuỷu:


Loại kìm

Kìm dùng thủy lực

Ưu điểm
•

Lắp đặt nhanh.

•

Biết áp suất kìm.

•

•

Cần lượng lớn dầu
thủy lực.

Dễ bảo dưỡng.

•

Tốn năng lượng.

•

Ít làm võng tấm khuôn.

•

•

Lực kìm tập trung vào
giữa tấm khuôn.

Chịu ảnh hưởng
của hệ số nén của
dầu.

•

Cần bảo dưỡng
thường xuyên

•

Lực kìm không tập
trung vào giữa tấm
khuôn.

•

Khó điều chỉnh.

•

Kìm dùng cơ cấu
khuỷu

Nhược điểm

Giá thành thấp

•

Di chuyển cơ cấu kìm
nhanh

•

Tự hãm để giảm va
đập

*Cụ thể về truyền động thủy lực:
Nó đã thể hiện trong bộ phận kẹp thuỷ lực, cách môđun thuỷ lực được sử dụng để thực hiện
chuyển động của khuôn.
Ngày nay, cả chuyển động tuyến tính và tròn ( chuyển động quay vòng ) có thể được thực
hiện bằng sức nước. Trong trường hợp đó pit- tông ( con trượt ) hoặc động cơ thủy lực được sử
dụng. Con trượt được dùng để thực hiện chuyển động thẳng , trong khi động cơ thủy lực biến áp
lực của dầu thuỷ lực thành chuyển động quay vòng ( xem Hình 6-1 ).
Phần tử dẫn động thủy lực như thế cũng là lực truyền động trên máy ép phun. Hình 6-2
trình bày cách chuyển động của thanh truyền chuyển động dưới sự di chuyển cánh tay đòn bộ
phận kẹp của máy ép phun
Để truyền động phần thuỷ lực, dầu thuỷ lực gây sức ép lên phần này. Máy bơm lấy dầu thuỷ
lực từ thùng chứa, được sử dụng vì mục đích đó.

Cả tiến trình, các thành phần khác của hệ thống thuỷ lực được liên kết với nhau bằng ống
mềm dễ uốn cũng như cố định đường ống.


Tại sao chất lỏng thuỷ lực gọi là “thuỷ lực” ( nước = hydro )? Lý do là, trước đây truyền
động thủy lực được thiết kế để sử dụng nước. Tuy nhiên, bây giờ sử dụng dầu thủy lực gần như
là quy định.

Chuyển động của pit tông và động cơ thủy lực

Sơ đồ của bộ phận kẹp, với tầm quan trọng của thuỷ lực ( phía trái : khuôn đóng ; phía bên phải :
khuôn mở )
Chuyển động của thành phần thuỷ lực được kiểm soát bằng các van. Với các thanh truyền động,
van định hướng cung cấp sức ép lên dầu thuỷ lực tới một trong hai cạnh của pit tông, sao cho sự
chuyển động này đưa tới điều mong muốn.


Chẳng hạn như, van một chiều để dầu thuỷ lực chảy theo một hướng. Lượng xác định
trước của áp lực nấm được áp dụng để khắc phục chức năng khóa của van.

Ký hiệu được dùng để chỉ các thành phần của hệ thống thuỷ lực
Đường van định hướng:
P : đường đi áp lực

b : vị trí chuyển mạch của van

R : đường trở lại A truyền động


Hầu hết các van được vận hành bởi nam châm điện. Hình 6-5 trình bày van đơn kiểu này. Khi

nam châm điện được cung cấp năng lượng, nó đẩy van di chuyển van vào vị trí “a”, và dầu có thể
đi qua van.
Ngay khi nam châm điện ngắt, lò xo lại đẩy van vào vị trí “b” và đường của dầu bị chặn, ngăn
nó chảy qua.
Các lệnh để điều hành các hoạt động ống nam châm điên được dùng cho hệ thống điều khiển của
máy ép phun.
Ngoài van đơn mô tả ở đây, có thiết kế khác, để kiểm soát hoặc điều chỉnh tốc độ dòng chảy của
dầu, ví dụ như van servo, van đối xứng .
e. Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển giúp người vận hành máy theo dõi và điều chỉnh các thông số gia công như:
nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, vận tốc và vị trí trục vis, vị trí của các bộ phận trong hệ thống thủy
lực. Hệ thống điều khiển giao tiếp với người vận hành máy qua bảng điều khiển (control panel)
và màn hình máy tính (computer screen).

3 Chu kỳ

ép phun:

gồm 4 giai

đoạn


a. Giai đoạn kẹp (clamping phase): khuôn được đóng lại. Lúc đầu cụm kìm đóng khuôn lại rất

nhanh nhưng sau đó chậm dần cho đến khi khuôn đóng hoàn toàn. Một khi khuôn đã đóng
cũng là lúc áp lực kìm rất lớn được tạo ra để chống lại áp cao từ dòng nhựa bắn vào khuôn.
Điều này rất quan trọng vì nếu lực kẹp khuôn không đủ lớn thì khuôn sẽ bị hư và sản phẩm bị
khuyết tật.

Giai đoạn kẹp
b. Giai đoạn phun (injection phase): nhựa điền đầy vào khuôn. Đầu tiên, nhựa nóng chảy

được phun vào khuôn rất nhanh do trục vis tiến về phía trước. Khi lòng khuôn được điền đầy
(khoảng 95%) thì quá trình định hình sản phẩm diễn ra do lòng khuôn có nhiệt độ thấp hơn.
Nhựa nóng sẽ nguội dần và co rút. Do đó một lượng nhựa nữa (khoảng 5%) sẽ tiếp tục được
phun vào để bù trừ vào sự co rút cho đến khi miệng phun bị đặc cứng lại. Quá trình này gọi
là quá trình giữ hay quá trình kìm, giúp ngăn dòng chảy ngược của nhựa qua miệng phun.


Giai đoạn phun
c. Giai đoạn làm nguội (cooling phase): nhựa được làm đặc lại trong khuôn. Giai đoạn này

bắt đầu ngay sau khi quá trình giữ kết thúc. Khuôn vẫn được đóng và nhựa nóng trong lòng
khuôn được làm nguội cho đến khi đủ độ cứng để có thể được đẩy rời khỏi khuôn. Trong suốt
giai đoạn này, trục vis vẫn quay và lùi dần lại để chuẩn bị cho lần phun kế tiếp

Giai đoạn làm nguội
d. Giai đoạn đẩy (ejector phase): đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn. Cụm kìm làm chức năng mở
khuôn. Lúc đầu, cụm kìm mở khuôn một cách chậm chạp và sau đó là nhanh dần cho đến gần
cuối quá trình thì nó chuyển động chậm lại để tránh va đập mạnh. Khi khuôn mở ra thì tấm đẩy
của khuôn bị cần đẩy của máy đẩy về phía trước để lói sản phẩm ra khỏi khuôn. Khi sản phẩm
rời khỏi khuôn thì cần đẩy sẽ hồi về để sẵn sàng cho một chu kỳ ép phun kế tiếp.
Việc lấy sản phẩm có thể bằng tay. Để an toàn, sau khi đóng cửa máy lại thì chu kỳ ép phun kế
tiếp mới được thực hiện


Giai đoạn đẩy

Máy ép phun thực tế:

Nguồn

thanaco.com.vn