Tài liệu 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 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI GVHD: Trần Minh Thế Uyên SVTH: Hồ Minh Việt MSSV: 06112100 Lê Văn Công MSSV: 06112059 09/2010 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI 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 4. 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 Đuôi nguội chậm: .................................................................................... 43 III. Kết luận: ..................................................................................................... 44 IV. Tài liệu tham khảo: ..................................................................................... 45 Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 2 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI 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 . Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 3 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 Hệ thồng kênh dẫn nguội cuống phun, kênh dẫn, miệng phun rồi vào lòng khuôn mà không có bất kỳ tác Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI 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. Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 5 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. Sử dụng cho máy đến 350 tấn Sử dụng cho máy trên 200 tấn 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. 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. Vòng định vị tiếp xúc với vòi phun trên máy Vòng định vị trên khuôn 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 (http://mould-technology.blogspot.com/search/label/Sprue  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. Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI  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) Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 8 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI Kích thước hợp lí của cuống phun 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 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 10 (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 (http://www.ferris.edu/htmls/academics/course.offerings/hillm/MYWEB7/Runners /cold_slug_well.htm) Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI 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. Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 10 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI  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 Tiết diện tròn Tiết diện hình thang hiệu chỉnh Ưu điểm Nhược điểm - Diện tích bề mặt cắt nhỏ nhất. - Khó cho việc gia công - Ít mất nhiệt, ít ma sát đồng tâm giữa hai nữa - Có lõi nguội chậm khuôn -> đắt giúp duy trì nhiệt và áp suất. - Chỉ xếp sau kênh dẫn - Tốn nhiều vật liệu hơn. tròn về tính năng. - Mất nhiệt nhanh hơn - Dễ gia công hơn vì kênh tròn do dien tích chỉ cần gia công trên bề mặt lớn hơn một phẩn khuôn. Tiết diện hình thang - Dễ gia công. Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC - Diện tích về mặt lớn hơn kênh hình thang hiệu chỉnh nên mất nhiệt nhanh hơn. - Tốn vật liệu 11 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI - 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. Dh  4A P Trong đó: Dh. đuờng kính thủy lực, A. diện tích mặt cắt ngang, P. chu vi (Môn thiết kế khuôn-Trang 30) Hệ số D và fL có thể dung đồ thị sau đây: Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 12 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 Ví dụ: Tính toán đường kính cho kênh dẫn hình thang trong mô hình 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: LC=L1+L2+L3=55+33,5+15.5=94mm Thể tích lòng khuôn: V=61000mm3 Khối lượng riêng của vật liệu (Cycoloy C2100HF): 1,075g/cm3 Khối lượng của sản phẩm: G=61.1,075=65,57g Tra theo các bản số liệu trên ta được: Với D’=3.8 Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 14 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI Lf=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) Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 15 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 Sản phẩm Kênh dẫn 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 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI Kênh nhựa 10 miệng phun Kênh nhựa 12 miệng phun Kênh nhựa 24 miệng phun Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 17 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI 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. Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 18 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI 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. Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 19 Báo cáo: HỆ THỐNG KÊNH DẪN NGUỘI 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: Hồ Minh Việt-Lê Văn Công-06112CLC 20