Công nghệ phun ép - Chương 6: Công nghệ phun ép

PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 1 17. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 15/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) 1.CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 25/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) Có ba thông số z Các thông số hình học của sản phẩm z Các thông số chế tạo z Các thông số về vật liệu z Các sản phẩm cuối cùng được xác định bởi ba thông số này Các thông số vật liệu 1.CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH PHUN ÉP z Vô định hình, bán tinh thể, blends and filled materials z Vô định hình: độ co rút ~5% z Tinh thể :độ co rút ~10-15% z Tính ứng xử : áp suất- thể tích-nhiệt độ (Pressure-Volume- Temperature (PVT) ) z Độ nhớt/ dòng nóng chảy z Sự thoát khỏi khuôn(trong/ngoài) 5/3/2010 3PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 2 z Các thông số hình học của chi tiết ¾ Chiều dầy thành sản phẩm ¾ Số miệng phun ¾ Vị trí miệng phun ¾ Diện tích và chiều dầy miệng phun 1.CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 4 ¾ Dạng miệng phun (bằng tay hay tự động cắt đuôi keo ) ¾ Các ràng buộc (các gân, các phần lồi hoặc inserts) 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) z Các thông số công nghệ ¾ Thời gian điền đầy ¾ Thời gian Packing ¾ Nhiệt độ khuôn 1.CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 5 ¾ Nhiệt độ nóng chảy ¾ Áp suất 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) Có 3 thông số thường dùng để mô tả quá trình ép vào lòng khuôn 1) Lực kẹp: Lực có thể giữ các tấm khuôn với nhau (tấn) 2) Lượng nhựa một lần phun vào khuôn ( cm3) 3) Áp suất phun: áp suất cực đại có thể tăng ở bạc cuống phun để ép chất dẻo vào lòng khuôn 1.CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH PHUN ÉP Lực kep và lượng nhựa một lần phun có thể xác định nhanh chóng trên máy ép phun đối với nhựa nhiệt dẻo, còn các thông số khác như tốc độ phun, áp suất phun, .. Tùy thuộc từng quá trình 5/3/2010 6PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 3 2.NHIỆT ĐỘ 75/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) z Nhiệt độ • Điều khiển nhiệt độ nóng chảy • Giản đồ nhiệt độ của vật liệu chất dẻo bao gồm quá trình vật liệu từ phễu cấp liệu vào xy lanh gia nhiệt. Vật liệu được vận chuyển trong xy lanh gia nhiệt và đi đến đầu phun của máy và được ép vào khuôn. • Nhiệt độ của nhựa nóng chảy phải được điều khiển trong suốt quá trình này • Gi hiệt l h 2.NHIỆT ĐỘ 8 a n xy an • Gia nhiệt gồm 3 vùng • Vùng sau so với vùng trước của ba đoạn cấp liệu cao hơn từ 10-20 F • Vùng thứ 4 là vùng đầu phun • Chất dẻo được gia nhiệt do ma sát trong quá trình vận chuyển 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) z Điều khiển nhiệt độ khuôn • Vật liệu nhựa có thể chảy vào khuôn nơi có nhiệt độ nguội hơn . • Các thông số giới hạn • Tốc độ nguội của chất dẻo ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết. • Làm nguội khuôn bằng nước. • Nhiệt độ khuôn được đo trực tiếp từ bề mặt của sản phẩm. 2.NHIỆT ĐỘ 9 • Mục tiêu của quá trình làm nguôi là nhiệt độ của nhựa thấp tới điểm đông đặc. • Các hiện tượng xảy ra sau khi đông đặc là it nhất • Cong vênh, vặn, hoặc co rút. • Độ co rút có thể xảy ra sau 30 ngày . • 95% độ co rút xảy ra trong khuôn. 99% là sau ba giờ 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 4 z Nhiệt độ nóng chảy ở đầu phun • Acetal (coploymer) 400 F • Acrylic 425 F • ABS 400 F • Liquid Crystal Polymer 500 F • Nylon 6 500 F • Polyamide-imide 650 F • Pol ar late 700 F 2.NHIỆT ĐỘ 10 y y • Polycarbonate 550 F • Polyetheretherketone 720 F • Polyethylene LDPE 325 F • Polyethylene HDPE 350 F • Polypropylene 350 F • Polystyrene 350 F • Thermoplastic polyester (PBT) 425 F • Urethane elastomer 425 F 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) Biểu đồ nhiệt độ Cooling 200 part gate Pack 2.NHIỆT ĐỘ 11 100 0 0 5 15 33 35 Time (s) 24 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) z Điều khiển nhiệt độ cuả hệ thống thủy lực • Nhiệt độ 80ºF -140ºF • Nếu dầu quá nguội thì độ nhớt quá cao và là nguyên nhân xảy là cho họat động của các bộ phận thuỷ lực chậm. • Nếu dầu quá nóng thì độ nhớt cũng sẽ quá thấp và nó 2.NHIỆT ĐỘ 12 sẽ hỏng, làm cho hệ thống thủy lực bị dính hoặc van sẽ bị sự cố. • Nhiệt độ của dầu được điều chỉnh cùng với sự thay đổi của nhiệt độ, làm việc giống như vật bức xạ bởi các ống làm nguội. • Ống cần làm sạch đều đặn. 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 5 z Nhiệt độ môi trường • Nhiệt độ trong phòng. • Quạt làm nguội và giảm tải ảnh hưởng nhiệt độ khuôn và do vậy làm giảm chất lượng sản phẩm. z Tấm cách nhiệt • Vật liệu cách nhiệt • Nhựa nhiệt rắn polyester, polyurethane,etc. 2.NHIỆT ĐỘ 13 • Thông thường chiều dầy khoảng 0.25in đến 0.375 in • Các tấm có thể cắt vừa với toàn bộ kích thước ngoài của khuôn • Tất cả sáu cạnh cần được bao bọc • Các tấm cách nhiệt được đặt giữa các tấm và khuôn sử dụng • Các tấm cách nhiệt sẽ sử dụng năng lượng ít hơn ( thấp hơn 25%) và điều khiển nhiệt độ tốt hơn 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) 2.NHIỆT ĐỘ 145/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) 2.NHIỆT ĐỘ 15 •cả nhiệt độ phun và nhiệt độ thành khuôn là rất quan trọng do một phần chất dẻo bị làm nguội trong suốt quá trình phun. 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 6 • Nhiệt độ nóng chảy : Đó là nhiệt độ sao cho dòng chảy có thể chảy và chi phí cho năng lượng là thấp và thời gia làm nguội là thấp nhưng vẫn đủ cho phép dòng chảy dễ dàng điền đầy khuôn. Thông thường để đạt được điều này trên xy lanh thường có từ ba đến năm vùng nhiệt độ Thành khuôn 2.NHIỆT ĐỘ N hiệt đ ộ Chỗ chất làm nguội đi ra Vách làm nguôi chỗ đi ra 5/3/2010 16PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) Nhiệt độ khuôn : Là nhiệt độ trung bình của lòng khuôn cao hơn nhiệt độ của chất làm nguội. Do vậy thường nhiệt độ của chất làm nguội thường thấp hơn nhiệt độ khuôn từ 10 - 20°C. Neáu nhieät 2.NHIỆT ĐỘ khuoân 40 to 50°C hoaëc cao hôn, thì phaûi xem xeùt söï caùch ly cuûa caùc taám giöõa khuoân vaø caùc taám keïp ñeå tieát kieäm naêng löôïng vaø quaù trình oån ñònh. • Nhieät ñoä cao coù theå ñieàu mong muoán ñeå caûi thieán chaát löôïng saûn phaåm. Nhieät ñoä khuoân cao thì saûn phaåm seõ coù ñoä boùng cao hôn vaø söï keát tinh nhieàu hôn. 5/3/2010 17PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) 2.NHIỆT ĐỘ 5/3/2010 18PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 7 z Nhieät ñoä khuoân • Acetal (coploymer) 200 F • Acrylic 180 F • ABS 180 F • Liquid Crystal Polymer 250 F • Nylon 6 200 F • Polyamide-imide 400 F • Polyarylate 275 F 2.NHIỆT ĐỘ 19 • Polycarbonate 220 F • Polyetheretherketone (PEEK) 380 F • Polyethylene LDPE 80 F • Polyethylene HDPE 110 F • Polypropylene 120 F • Polystyrene 160 F • Thermoplastic polyester (PBT) 180 F • Urethane elastomer 120 F 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) 3. ÁP SUẤT 205/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) z Có hai cụm yêu cầu áp suất và điều khiển áp suất • Cụm phun và cụm kẹp a/Cụm phun • Áp suất phun ban đầu • Tác dụng vào nhựa nóng chảy và kết quả do áp suất thủy lực tác dụng ngược lại vào cuối của trục vít hoặc pittôn • Áp suất phun 3. ÁP SUẤT 21 • Áp suất giữ thường nhỏ hơn áp suất phun từ 1,000 psi đến 5,000 psi , nó thường từ 10,000psi và 20,000 psi • Áp suất giữ • Dùng để hoàn tất quá trình điền đầy khuôn và sản phẩm • Nguyên tắc: Áp suất giữ = 50% của áp suất phun • Tác dụng ở thời điểm cuối của hành trình phun đầu tiên và mục đích là hòan tất quá trình điền đầy của khuôn và giữ áp để đông đặc trong khi sản phẩm chưa hoàn tất 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 8 b/Cụm kẹp • Mục đích của việc tăng áp suất kẹp để giữ khuôn được kẹp chống lại sự tăng lực khi áp suất phun tạo ra để phun chất dẻo vào trong khuôn khi khuôn đóng. • Áp suất kẹp được tạo ra bằng cơ hoặc thủy lực 3. ÁP SUẤT 225/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) Biểu đồ áp suất Cycle time Mold closed time Cooling 50 Pack 3. ÁP SUẤT 23 25 0 0 5 15 33 35 Time (s) 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) ÁP SUẤT PHUN TRONG LÒNG KHUÔN 3. ÁP SUẤT 245/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 9 QUAN HỆ ÁP SUẤT VÀ THỜI GIAN ĐIỀN ĐẦY z Thời gian điền đầy ngắn thì thể tích lưu lượng cao, và áp suất yêu cầu cao hơn . • Tuy nhiên tốc độ cao Thì tạo ra nhiệt nhớt và 3. ÁP SUẤT 25 tăng nhiệt độ trong vật liệu. Kết hợp ảnh hưởng của nhiệt độ cao và tốc độ trượt cao sẽ giảm độ nhớt nóng chảy và do vật yêu cầu bù áp suất 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) • Thời gian điền đầy dài làm cho lớp đông đặc dầy hơn và cản lại sự chảy do vậy yêu cầu áp suất phun lớn hơn. • Có thể tối ưu hóa nhờ mô phỏng QUAN HỆ ÁP SUẤT VÀ THỜI GIAN ĐIỀN ĐẦY Chiều dầy lớp đông cứng mỏng Chiều dầy lớp đông cứng dầy 3. ÁP SUẤT 26 Thời gian điền đầy dài. Tốc độ phun thấp Thời gian điền đầy ngắn. Tốc độ phun cao 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) LƯU LƯỢNG PHUN TẠI MIỆNG PHUN VÀ KÊNH DẪN z SỨC CẢN DÒNG CHẢY: 4 8 LR r µ π= r =Bán kính kênh dẫn , L 2r 3. ÁP SUẤT 27 z Do độ nhớt cao , áp suất cần cao -> Lực kẹp và giá dụng cụ yêu cầu cao µ = Độ nhớt (N.s/m2=Pa.s), L = Chiều dài kênh dẫn P Q R∆ = × Q = Lưu lượng (m3/s) F=∆P X diện tích 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 10 Typical P/T in Process Cycle Đồ thị áp suất Đồ thị nhiệt độ 3. ÁP SUẤT 28 Time(sec) Thời gian làm nguội sẽ quyết định chu kỳ sản xuất Time(sec) Sự tản nhiệt: ( ) seccm10 thicknesshalft 33 2 cool −=α α= 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) Polymer nóng chảy Áp suất vào 3. ÁP SUẤT Áp suất khí quyển của Polymer Chiều dài nóng chảy 5/3/2010 29PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) z Độ nhớt có vai trò quan trong đến quá trình chảy và nó do nhiệt độ quyết định, nó cũng là yếu tố ảnh hưởng đến áp suất 3. ÁP SUẤT 5/3/2010 30PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 11 QUAN HỆ GIỮA ÁP SUẤT VÀ VỊ TRÍ MIỆNG PHUN • Hệ thống nhiều miệng phun sẽ là nguyên nhân làm giảm áp suấ t và t á đ ờ hà 3. ÁP SUẤT ạo c c ư ng n Chỉ sử dụng khi hệ t hốn g k ê n h dẫn p h ứ c t ạ p • Máy tính sẽ mô phỏng để khắc phục h iện tượn g n à y 5/3/2010 31PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) z Các đường hàn có thể bị loại trừ do việc mở hay đóng van miệng phun QUAN HỆ GIỮA ÁP SUẤT VÀ VỊ TRÍ MIỆNG PHUN 3. ÁP SUẤT Chỉ có miệng phun ở tâm mở các miệng phun mở sau 5/3/2010 32PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) 4. GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 335/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 12 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN VÀ ÁP SUẤT ĐẾN ĐỘ CO RÚT 0.030 0.020 0.025 LDPE PP Nylon 6/6 Acetal ka ge 0.030 0.020 0.025 Acetal LDPE PP with flow 4. GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 0.000 0.010 0.005 0.015 100 120 140 160 180 200 220 240 Mold Temperature (F) PMMA Sh ri n k 0.000 0.010 0.005 0.015 Sh ri n ka ge 6000 8000 10000 12000 14000 16000 Pressure on injection plunger (psi) Nylon 6/6 18000 PP across flow PMMA 5/3/2010 34PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) Vò trí ñoät ngoät: Laø vò trí cuûa pittoân khi ñaõ ñieàn ñaày ( Phun) nhaèm döõ aùp boäi thöôøng do söï co ruùt cuûa vaät lieäu. Phaàn ñeäm caàn phaûi chöùa ñuû löôïng vaät lieäu khi ñieàn ñaày loøng khuoân vaø nhaèm ngaên ngöøa truc CÁC THÔNG SỐ QUÁ TRÌNH 4. GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 35 ï vít chaïm vaøo ñaàu phun. Thoâng thöôøng phaàn ñeäm naøy coù khoaûng caùch 5 - 10 mm. Neáu phaàn ñeäm naøy khoâng ñuû coù theå gaây ra daáu co ruùt treân saûn phaåm. 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) BIỂU ĐỒ PVT TRONG CHU KỲ ÉP PHUN 4. GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 365/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 13 THỜI GIAN LƯU TRÚ z Thời gian cho chất dẻo ở trong xy lanh z Giảm thời gian lưu trú để sự phá hủy là ít nhất 20%~25% thể tích mỗi lần phun Khi l h lớ à h kỳ h h thì thời 4. GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH PHUN ÉP z ượng p un n v c u n an gian lưu trú có thể không đủ để bảo đảm sự nóng chảy là không tốt z Sự giảm nhiệt độ trong xy lanh đối với thời gian lưu trú dài 5/3/2010 37PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) Giữ áp • Thời gian giữ áp : Thời gian giữ áp lý tưởng được xác định là thời gian miệng phun đông cứng hoặc thời gian để sản phẩm đông cứng thường ngắn hơn. Thời i là ội b ồ thời 4. GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 38 • g an m ngu : ao g m gian giữ áp và thời gian làm nguội ( thường khỏang 20 lần thời gian điền). • Thời gian mở khuôn:bao gồm thời gian mở khuôn, thời gian đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn, sau đó là thời gian đóng khuôn 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) THỜI GIAN CHU KỲ • Thời giam yêu cầu để tạo ra sản phẩm • Thời gian trung bình cho một chu kỳ • Thời gian đóng miệng phun 1 sec • Thời gian đóng khuôn 1 sec • Thời gian phun 2 sec • Thời gian đóng giữ và Pack 8 sec 4. GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 39 • Thời gian đóng làm nguội 11 sec • Trục vít lùi lại 2 sec • Thời gian mở khuôn 1 sec • Thời gian đẩy 1 sec 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) PGS.TS thái thị thu hà chương 6 công nghệ phun ép 5/3/2010 14 z Thời gian điền đầy • Bao nhiệu lâu thì sẽ điền đầy sản phẩm. Thời gian điên đầy nhanh = Thời gian điền đầy ngắn • Bằng thể tích của sản phẩm chia cho lưu lượng • Chú ý : áp suất là một hàm của lưu lượng. Lưu lượng nhanh= áp suất sẽ cao hơn, ngoại trừ khi điền đầy rất chậm khi lõi có kích thước lớn và ke6ng dẫn nhỏ hơn và do vật áp suất cao hơn 4. GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 405/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4) Khoaûng caùch eùp khuoân • Ñieàu khieån khoaûng caùch là chỉ tiêu tạo ra sản phẩm có chất lượng cao và giá thành thấp aûnh höôûng ñeán chaát löôïng saûn phaåm vôùi giaù thaønh thaáp vì khoaûng caùch daøi seõ laøm taêng chu kyø saûn xuaát.cho khoảng cách lớn thì chu kỳ tăng Khoảng cách đóng khuôn • Tốc độ đóng ban đầu thường đóng nhanh 4. GIÁM SÁT QUÁ TRÌNH PHUN ÉP 41 • Tốc độ đóng cuối (khoảng 1 cm) thường đóng chậm (nguy hiểm là nhỏ nhất). Khoảng cách phun • Thường chọn 95% của phần vật liệu dự định phun • Lượng phun lý tường thường là 50% khả năng của xy lanh. z Khoảng cách giữ phun • Sau khi điền đầy 95% vật liệu yêu cầu, máysẽ được khóa lại để giữ áp 5/3/2010 PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ C6 CÔNG NGHỆ PHUN ÉP (4)