Cơ khí chế tạo máy - Chương 3: Công nghệ máy đùn

PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 1 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ ĐÙN 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 2 MÁY ĐÙN PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 2 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 3 MÁY ĐÙN
Đùn là gì ?
Các dạng đùn khác nhau .
Thành phần của máy đùn . 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 4 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐÙN PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 3 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 5 Phễu cấp liệu,bộ phận gia nhiệt,trục vít,xy lanh ,tấm chặn, khuôn ,hộp số HỆ THỐNG ĐÙN 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 6 o Được lắp trên máy ở phần cuối của xy lanh (barrel) o Đầu phun được lắp với khuôn ĐẦU PHUN PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 4 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 7 ĐẦU PHUN 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 8 ĐĨA PHÂN PHỐIĐĨA PHÂN PHỐI PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 5 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 9  Đĩa phân phối
Tấm chắn
Lọc Lắp khuôn ĐĨA PHÂN PHỐI 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 10 XY LANH PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 6 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 11 TRỤC VÍT ĐÙN 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 12  Tỷ số L/D
Quan hệ trực tiếp tới khả năng của máy đùn tới việc trộn .
Thông thường tỷ số L/D thường 16:1 tới 32:1  Những máy hiện nay có tỷ số này cao hơn Chiều dài (L) Đường kính (D) TRỤC VÍT ĐÙN PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 7 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 13 CẶP NHIỆT ĐIỆN GIA NHIỆT TRỤC VÍT VÁCH XY LANH VỎ CÁCH NHIỆT TRỤC VÍT ĐÙN 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 14  CÁC VÙNG TRÊN TRỤC VÍT Dòng vật liệu TRỤC VÍT ĐÙN PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 8 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 15 TRỤC VÍT 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 16  Có ý nghĩa lớn đối với các vật liệu nhậy với nhiệt (PVC)  Tăng hiệu quả trong việc dịch chuyển vật liệu.  Giúp cho quá trình đẩy tốt hơn . NHIỀU TRỤC VÍT VÀ NHIỀU XY LANH PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 9 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 17  Chức năng.  Các thông số: A- xy lanh , B- khe hở giữa cánh và bề mặt trong của xy lanh , C-Kênh dẫn nhựa , D- cánh vít , E – chiều dầy cánh vít , F-trục vít TRỤC VÍT 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 18  Áp suất dùng cho chất dẻo đã nóng chảy là một hàm theo chiều sâu cánh vít dc.
Trong đoạn cấp liệu thì dc lớn  Cho phép các hạt chất dẻo cấp vào xy lanh nhiều
Trong đoạn làm nhuyễn thì dc nhỏ hơn  Cho phép tăng áp suất
Trong đoạn ép thì dc nhỏ nhất.  Do vậy khi thiết kế cần cân nhắc cẩn thận Chiều sâu cánh vít PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 10 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 19  Cánh có dạng xoắn với phần không gian giữa các cánh
Chứa chất dẻo .
Phần cánh yêu cầu có độ cứng cao và không cản trở bởi xy lanh.
Bước của cánh thường được xác định bằng phương trình : pitch tan D A pi = Hướng dòng chất dẻo BƯỚC XY LANH KHE HỞ CÁNH TRỤC VÍT Chi tiết trục vít 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 20  Các hiện tượng xảy ra trong rãnh rất phức tạp .
Gần cạnh trục vít, theo kinh nghiệm thời gian chất dẻo lưu trữ ở đây là lớn nhất.
Quá trình trộn kém  Dòng chảy thành lớp mỏng  Không có sự chảy rối
Quá trình gia nhiệt có thể gặp khó khăn Hướng dịch chuyển QUÁ TRÌNH TRỘN VÀ NÓNG CHẢY PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 11 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 21 QUÁ TRÌNH TẢI 0.5drQ vwd= •Trong đó : •v = vận tốc của tấm (m/s) •D = khoảng cách giữa các tấm (m) •W = chiều rộng của các tấm (m) •N = số vòng quay của trục vít (rad/s) Dùng hình khai triển của trục vít ,ta có : cosv DN Api= cd d= ( )tan cosc fw w D A w Api= = − or 2 20.5 sin cosdr cQ D Nd A Api= Giả sử: Bỏ qua wf ( chiều rộng của cánh) (Lưu lượng dòng trượt) 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 22 Lưu lượng đùn – áp suất ngược.  Đây là lưu lượng đùn ra cực đại của máy đùn  Sự di chuyển của chất dẻo
Sự chuyển qua nhỏ hơn khi mặt cắt ngang nhỏ
Đi qua tấm lọc và khuôn  Tạo nên áp suất ngược, Qbp. 2 20.5 sin cosdr cQ D Nd A Api= 3 2sin 12 c bp Dd A dp Q dl pi η  =     PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 12 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 23  Aùp suất ngược là hàm của
Đường kính xi lanh
Độ nhớt của chất dẻo
Góc nghiêng của cánh
Gradient áp suất dp/dl  Gradient áp suất dp/dl
Là hàm của hình dáng trục vít, kích thước xylanh, góc nghiêng của cánh .
Nếu giả thiết profil áp suất là tuyến tính dọc theo xylanh thì dp/dl trở thành p/L 3 2sin 12 c bp Dd A dp Q dl pi η  =     3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 24 Lưu lượng đùn 3 2sin 12 c bp Dd A dp Q dl pi η  =     Do đó: 3 2sin 12 c bp p Dd A Q L pi η = •Trong đó : •p = áp suất đầu (MPa) •L = chiều dài xylanh (m) PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 13 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 25 Dòng áp suất ngược
Nó không phải là dòng áp ngược
Nó cản trở dòng chảy tới  Vậy dòng thực bằng bao nhiêu? net dr bpQ Q Q= − 3 2 2 2 sin0.5 sin cos 12 c net c p Dd A Q D Nd A A L pi pi η = − Qnet là lưu lượng cuối cùng đi tới khuôn! 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 26  Bỏ qua dòng trượt giữa cánh và thành xylanh  Aùp suất ngược làm giảm dòng lưu lượng nhưng là nguyên nhân làm dẻo  Ở điều kiện giới hạn, áp suất ngược có thể làm cho dòng chảy ngừng 0e dr bpQ Q Q= − = dr bp Q Q= Aùp suất ngược cực đại: m ax 2 6 co t c D N L A p d pi η = PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 14 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 27 Lưu lượng thực  Trong phương trình trên có rất nhiều thông số  Chúng gồm 2 dạng:
Dạng không điều khiển được ( thông số quá trình )
Dạng có thể điều khiển được ( thông số thiết kế ) Các thông số thiết kế : là những thông số ta thiết kế ban đầu như
Đường kính xylanh
Bước hoặc góc xoắn trục vít
Chiều sâu rãnh dc
Chiều dài xylanh L 3 2 2 2 sin0.5 sin cos 12 c net c p Dd A Q D Nd A A L pi pi η = − 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 28 2 20.5 sin coscdrQ D Nd A A Npi α= = pi β η η = = 3 2sin 12 c bp p Dd A p Q L or e p Q N β α η = − Các thông số quá trình : •Tốc độ quay của trục vít (N) •Aùp suất cần thiết ( thay đổi khuôn, làm chậm trục vít, thay đổi nhiệt độ ) •Biến ẩn NHIỆT ĐỘ. •Độ nhớt  Nhưng chỉ trong phạm vi tốc độ kéo và nhiệt độ cho phép Ta có thể viết lại : PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 15 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 29 Extrusion Pressure Pmax Extruder Characteristic Curve Increasing N or increasing viscosityE x t r u d e r F l o w R a t e  Lưu lượng tăng khi
Tăng N
Giảm p
Tăng η  Bỏ qua dòng phi Newton  Bỏ qua ma sát e p Q N β α η = − 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 30 Đặc tính của khuôn  Dòng lưu lượng qua khuôn là do áp suất ngược  Đối với xylanh có dạng đơn giản thì tốc độ dòng lưu lượng trong rãnh xác định bởi công thức : 4 128 d c l p D Q L pi η = D = đường kính của khuôn η = độ nhớt của dòng nóng chảy •Lưu lượng tăng khi p tăng •Aûnh hưởng của đường kính khuôn lớn •Đặc tính của khuôn với áp suất là tuyến tính. Ghi chú: có thể viết lại phương trình trên thành: PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 16 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 31  -Trong đó Ks là hệ số hình dáng của khuôn  -Phương trình trên đúng với dòng chảy lớp qua khe nhỏ 4 128 d c l p D Q L pi η = c sQ K p= 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 32 ĐIỂM LÀM VIỆC  Giá trị Q và p được chọn là giao điểm của các đường cong đặc tính khuôn và đặc tính máy đùn .  Chú ý hệ số hình dạng Ks là độ dốc của đường cong đặc tính khuôn . Extrusion Pressure Pmax Extruder Characteristic Curve Die characteristic curve Increassing L, n, decreasing D Increasing N or increasing viscosityE x t r u d e r F l o w R a t e Operating Point PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 17 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 33 SẢN PHẨM ĐÙN  Các ống đặc biệt
Các ống được làm với việc bọc lõi xốp với công nghệ đùn .
Ống rất dài được làm với các vòng xoắn và sau đó tạo ra dạng profil thích hơp.
Ống được tăng bền mềm bằng cách đùn với gia cố ở bên trong với các sợi gia cố cao su và sau đó được bọc ở bên ngoài nhờ đùn .  Các sản phẩm
Màng (<0.010in hoặc 0.25mm)
Tấm (Kích thước chiều dày lớn hơn trên)
Chiều rộng 13 ft và chiều dầy không lớn hơn 0.5 in.
Sợi : PA, acrylics, polyesters (800-6000 ft/min)
Dạng profil (lỗ ,các kênh đơn giản ,.. vinylic, styrenic, and olefinic resins.
Các dạng ống hút 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 34 BỌC DÂY  Nguyên tắc : Vật liệu polymer được phủ hoàn toàn xung quanh lõi.  Thiết bị
Hệ thống cấp lõi, Gia nhiệt cho lõi, máy đùn , thiết bị làm nguội, hệ thống cuộn  Dụng cụ
Bọc dây: Khuôn bọc đùn được lắp với trục đùn và vuông góc với trục của máy đùn.  Vật liệu
PVC và PE là hai vật liệu sử dụng nhiều nhất
PA, fluoropolymers, và cellulosics được dùng cho các dây cách điện hoặc nơi cần độ trong suốt . PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 18 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 35 ĐÙN ỐNG  Lõi ở giữa được đỡ bởi dạng luy nét
Phá vỡ dòng chất dẻo
Chất dẻo có thể trở lại hình dáng cũ vì  Tốc độ dòng thấp  Điều kiện không thay đổi (Nhiệt độ )
Để giảm ảnh hưởng của bộ phận đỡ thì thường nó có dạng nhọn Không khí Chân không Tấm chặn Lõi Vít điều chỉnh lõi Khuôn ngoài Lõi Sự đứt quãng của dòng nhựa bởi lõi 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 36 SẢN PHẨM DẠNG MÀNG VÀ TẤM Bộ phận cuộn Màng chất dẻo thổi được Không khí Máy đùn Khuôn ống Con lăn dẫn hướng Con lăn kẹp  Các ống đùn được hướng lên thông qua khuôn đứng  Các ống được thổi phồng lên cho đến khi nó trở nên mỏng theo yêu cầu .  Việc cuộn lại sản phẩm màng là cần thiết . PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 19 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 37 THỔI MÀNG 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 38 THỔI MÀNG  Dies Cảm biến màng bao PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 20 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 39 TẠO CÁC SẢN PHẨM DẠNG MÀNG HOẶC TẤM < 0. 5 mm 0.5 – 12.5 mm Hướng dòng nhựa nóng Mặt cắt Mặt cắt Màng được đùn ra Khe hở khuo ân 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 40 CÁC SẢN PHẨM DẠNG TẤM VÀ MÀNG CÁN Cung cấp vật liệu Sản xuất Cung cấp polyme Cung cấp vật liệu Các con lăn tạo áp suất vật liệu lớp nền Bộ phận cuộn vật liệu lớp nền Cung cấp polyme Cung cấp vật liệu Dao Bộ phận cuộn PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 21 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 41 QUÁ TRÌNH ĐÙN MÀNG VÀ TẤM Làm nguội nhanh Nước làm nguội Các con lăn làm nguội Làm nguội quá trình đùn nhờ các con lănXy lanh đùn Xy lanh đùn Khuôn Khuôn Thùng nước Các con lăn tạo hình Màng Bộ phận cuộn Bộ phận cuộn Màng 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 42 PHỦ GIẤY HOẶC VẢI Hệ thống các con lăn dùng trong hệ thống đùn màng trên giấy hoặc trên vải . PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 22 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 43 PHỦ GIẤY HOẶC VẢI  Các con lăn cuộn giấy hoặc vải đã phủ 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 44 ĐÙN BỌC  Hai dòng nhựa nóng chảy được nối làm một .  Đùn riêng biệt cho mỗi dòng .  Cho phép có nhiều lớp từ các vật liệu khác nhau. PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 23 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 45 CÁC DẠNG SẢN PHẨM CUỐI CÙNG  Ống nhăn  Ống rỗng  Có dạng chuông ở cuối 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 46 CÁC KHUYẾT TẬT VÀ CÁCH KHẮC PHỤC KHI ĐÙN  Các vết nứt nóng  Có dạng sần sùi  Dòng chảy không đều và gồ lên.  Chất lượng kém  Trộm kém  Rỗ khí .  Tạo bong bóng trong sản phẩm PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 24 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 47 CÁC VẾT NỨT NÓNG Dòng vật liệu 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 48 CÁC VẾT NỨT NÓNG Dòng vật liệu KHUƠN VẬT LiỆU Material PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 25 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 49 SẢN PHẨM BỊ SẦN SÙI  Bề mặt cuối cùng của sản phẩm không nhẵn 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 50 DÒNG CHẢY KHÔNG ĐỀU  Do mặt cắt ngang thay đổi.  Gây ra chiều dầy thành sản phẩm thay đổi.  Phụ thuộc vào các chi tiết nó có thể gây ra sự hỏng của sản phẩm sớm PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 26 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 51 TRỘN KÉM  Các đường sọc mầu  Có các khuyết tật cục bộ SỰ PHỒNG KHUÔN Sự phồng của sản phẩm sau khi ra khỏi khuôn là sự biểu thị của độ nhớt dẻo trong polymer nóng chảy khi tồn tại trong khuôn đùn. SỰ BIỂU THỊ DO TÍNH ỨNG XỬ NHỚT DẺO a/ Hình dạng mặt cắt ngang yêu cầu của khuôn . b/ Hình dạng mặt cắt ngang yêu cầu của sản phẩm Khuôn Chi tiết Khuôn Chi tiết Dòng polymer PGS.TS THÁI THI THU HÀ CƠNG NGHỆ ĐÙN 27 3/24/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C3: CƠNG NGHỆ ĐÙN 53 SỰ PHỒNG KHUÔN  Hình bên trái là khuôn có dạng hình tru, còn hình bên phải là dạng hình vành khăn ï
Chú ý sự phồng Barus
Do sự giải phóng của năng lượng đàn hồi được giữ lại trong khuôn và thay đổi theo hướng kính của vận tốc của vật liệu trong khuôn .
Chú ý ngay sau khi polymer ra khỏi khuôn tì bề mặt của nó được tự do
Giải phóng ứng suất
Polymer sẽ bớt căng nếu nó được giữ dưới một lực căng .