Tài liệu Gas assist injection molding ép phun có khí hỗ trợ

NKT NKT 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) 0 NKT NKT CONTENT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Đặt vấn đề Sự hình thành và phát triển của GAIM Tổng quan về GAIM Các quy trình trong GAIM Vị trí lỗ phun khí Các kỹ thuật điều khiển quá trình GAIM Các chất khí dùng trong GAIM Những tiến bộ và hạn chế của GAIM Nhựa dùng cho GAIM Những lưu ý khi thiết kế chi tiết Việc ứng dụng kỹ thuật GAIM Một số nét chính về khuôn dành cho GAIM Xu thế phát triển của GAIM Phụ lục 1 NKT 1. Đặt vấn đề: NKT 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 2 NKT NKT 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.” 3 NKT 2. Sự hình thành và phát triển của GAIM NKT Hình 1.1. Bằng sáng chế US4101617, Ernst Friederich, phụ lục 10. 4 NKT 2. Sự hình thành và phát triển của GAIM NKT Hình 1.2. Sơ đồ phả hệ của GAIM, xuất phát từ Ernst Friederic. 5 NKT 2. Sự hình thành và phát triển của GAIM NKT Alliance Gas Systems Asahi Chemical Industry (Gas Press Injection Molding, GPI) Incoe Corporation Hettinga (HELGA) Battenfeld (Airmould) Bauer Gas Systems Cinpres Limited Engel (Gasmelt) Ferromatik Milacron (Airpress III) HYDAC Krauss Maffei Mitsubishi Nitrojection Preba GAIN Technologies Gas Injection Limited R.F. Topla Uniloy Milacron Bảng 1.2 Các nhà cung cấp thiết bị trên toàn cầu 6 NKT NKT 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. 7 NKT 3. Tổng quan về GAIM NKT 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). 8 NKT NKT 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. 9 NKT NKT 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. 10 NKT NKT 4. Các quy trình trong GAIM a/ Short-Shot process: Quy trình ít nhựa Ứng dụng điển hình: Phương pháp Short-Shot được sử dụng để ép nhựa các chi tiết dày, tiêu biểu là các tay nắm và chi tiết hình ống. Cần chú ý các điểm vướng của nhựa tại đầu mút của quá trình phun nhựa, trước khi nhựa tiếp tục chảy, do có sự thúc đẩy của quá trình phun khí. Ưu điểm: Giảm đáng kể chi phí từ: 1/ Giảm trọng lượng chi tiết, và do đó giảm chi phí vật liệu; 2/ Giảm theo chu kỳ ép nhựa, và do đó giảm chi phí sản xuất; 3/ Giảm áp lực trong khuôn, và do đó ít mòn khuôn. 11 NKT NKT 4. Các quy trình trong GAIM b/ Full-Shot process: Quy trình đầy nhựa Trình tự của quy trình: 1/ Sau khi đóng khuôn, nhựa được phun đầy hoặc gần đầy hốc khuôn, nhưng nhựa không được nén bằng máy ép nhựa; 2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, khí được bơm vào ở giai đoạn 1; 3/ Ở giai đoạn thứ 2, khí được bơm vào để bù đắp cho phần co rút thể tích của nhựa khi nguội; 4/ Áp suất khí được duy trì đồng đều trong chi tiết nhựa; 5/ Khí được xả ra ngoài hoặc rút ra trước khi mở khuôn; 6/ 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. “Full Shot” là phương pháp thường áp dụng cho các chi tiết trong đó có cả phần dày và mỏng. Khí chảy vào chi tiết theo đường ít trở kháng nhất là chỗ dày hơn nơi nhựa bên trong vẫn còn trong trạng thái nóng chảy. 12 4. Các quy trình trong GAIM NKT NKT b/ Full-Shot process: Quy trình đầy nhựa Ưu điểm: 1/ Xóa bỏ sinkmark, đường vân trên bề mặt sản phẩm; 2/ Không cần quá trình nén nhựa từ máy ép nhựa; 3/ Giảm áp lực trong khuôn lên đến 70%, và do đó giảm lực khóa khuôn cho phép ép được các chi tiết lớn hơn trên các máy nhỏ hơn; 4/ Giảm tiêu thụ điện năng; 5/ Giảm ứng suất đúc, và do đó cải thiện sự ổn định kích thước và chi tiết không bị méo. * Phương pháp này được bảo hộ bởi bằng sáng chế cấp cho CGI và Mitsubishi Gas Chemicals tại Nhật Bản. 13 NKT NKT 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 đóng khuôn, nhựa được phun đầy hốc khuôn, nhựa được nén tạm thời bằng máy ép nhựa; 2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, van vòi phun đóng lại, khí được bơm vào để tiếp tục nén; 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 14 cân nhựa. NKT NKT 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 cách chính xác lượng nhựa chưa nén để bơm vào hốc khuôn (như trong quá trình "Short Shot) là không cần thiết. Thời gian phun khí không phải là quan trọng; 2/ Áp lực từ các máy ép nhựa và / hoặc áp lực khí bảo đảm chi tiết có bề mặt, biên dạng tốt; 3/ Không có các điểm vướng của nhựa như trong phương pháp ngắn Shot-Shot; 4/ Cải thiện với lõi khí, trọng lượng giảm và thời gian chu kỳ ép giảm; 5/ Thích hợp cho hầu hết các nhựa nhiệt dẻo, bao gồm cả nylon chứa sợi thủy tinh; 6/ Thích hợp cho nhiều dạng hốc khuôn; 7/ Vị trí của cửa phun nhựa không quan trọng. 15 NKT NKT 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 đóng khuôn, nhựa được phun đầy hốc khuôn, nhựa được nén tạm thời bằng máy ép nhựa; 2/ Sau một thời gian trễ đã được thiết định từ trước, van vòi phun đóng lại, khí được bơm vào để tiếp tục nén; 3/ Van vòi phun mở; 4/ Nhựa dư được tống ra ngược trở lại xy lanh, lúc này trục vít xuay ngược về phía sau để lấy lại lượng nhựa dư này; 5/ Đến một thời điểm được xác định từ trước, van vòi phun đóng lại, quá trình nén của khí để bù co rút (co ngót) bắt đầu. 6/ Khí được xả ra ngoài hoặc rút ra trước khi mở khuôn đồng thời máy tiến hành 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. 16 NKT NKT 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 ép tạo sản phẩm trong chu kỳ tiếp theo và không phải nghiền lại hoặc nung lại vật liệu bị tống ra; 2/ Không cần quá trình cắt nhựa dư; 3/ Không cần van ngắt phía trong khuôn. 17 4. Các quy trình trong GAIM NKT NKT d/ EGM – External Gas Molding: Quy trình EGM, khí hỗ trợ phía ngoài * Bơm khí để tạo thành một lớp mỏng vi khí giữa một bề mặt nhựa và một bề mặt hốc khuôn liền kề; * Sử dụng khí để áp lực lên nhựa trong khi làm mát, đẩy nó về phía bề mặt hốc khuôn đối diện để cải thiện bề mặt sản phẩm. 18 NKT NKT 4. Các quy trình trong GAIM d/ EGM – External Gas Molding: Quy trình EGM, khí hỗ trợ phía ngoài Lợi ích: 1/ Có thể loại bỏ các sinkmark, đường vân trên bề mặt sản phẩm; 2/ Hầu như loại bỏ ứng suất trong chi tiết ép nhựa và do đó không có sự biến dạng; 3/ Cải thiện sự ổn định kích thước 4/ Có thể làm giảm việc sử dụng vật liệu; 5/ Áp lực được sử dụng hiệu quả hơn, và do đó đòi hỏi ít áp lực hơn: - Giảm lực kẹp khuôn do đó giảm kích thước máy; - Giảm hao mòn trên khuôn mẫu; - Giảm điện năng tiêu thụ; 6/ Mở rộng khả năng thiết kế: - Gân dày hơn với thành chi tiết mỏng hơn; - Các bộ phận đa gân; - Các sản phẩm phẳng từ nhựa PP và PE. Ứng dụng điển hình: • Các tấm phẳng cho các thiết bị văn phòng; • Thùng máy tính; • Nội thất, mặt bàn … • Tấm panel ô tô; 19 Thiết bị gia đình - ví dụ: Vỏ tủ lạnh.