Đồ án Công nghệ đúc ép phun

Chương 1: TỔNG QUAN Quá trình phát triển công nghệ đúc dưới áp suất: Ép phun là một quy trình kỹ thuật quan trọng từ chất dẻo và những nguyên liệu chịu nhiệt để tạo thành sản phẩm. Vào năm 1985, khoảng 3,4.106t (19.1/2 %) của 17,2.106t chất dẻo bán ở Mỹ được sử dụng để đúc ép. Ép phun không phải là một quy trình mới. Vào năm 1872, bằng sáng chế được cấp cho máy ép phun với camphor-plasticized cellulose nitrate (celluloid), vài năm sau đó khuôn đúc đa khoang đầu tiên được ra đời. Vào năm 1909, Baekeland tìm ra nhựa phenol-formaldehyde được sử dụng đúc ép trong máy ép phun trục chuyển động tịnh tiến. Kinh nghiệm và lý thuyết làm việc của Carothers hướng dẫn lý thuyết chung cho sự polyme hóa, cung cấp động lượng cho quá trình sản xuất nhiều poyme bao gồm nylon. Cuối năm 1930, cải tiến lớn nhất trong nguyên liệu cho phép quá trình đúc ép có thể thực hiện được tiết kiệm. Ưu điểm: Máy ép phun có thể tạo ra những sản phẩm có thể tích lớn với tốc độ cao. Công lao động đòi hỏi thấp và quá trình được tự động hóa. Sản phẩm ép phun có tính cơ học dẻo hoặc các bề mặt mang tính thẩm mỹ. Sản phẩm có bề mặt khác nhau và có màu sắc đều có thể sử dụng phương pháp này. Các sản phẩm giống nhau có thể được đúc bởi các nguyên liệu khác nhau trên cùng một thiết bị. Phương pháp này có sai số rất nhỏ. Những sản phẩm có thể đúc từ hỗn hợp nhựa, thủy tinh, xi măng, bột tan và cacbon; kim loại và phi kim loại có thể được thêm vào. Các quy trình cho phép sản xuất ra sản phẩm có chi tiết rất nhỏ, mà hầu hết không thể chế tạo bằng phương pháp khác. Lượng phế phẩm rất nhỏ tại các đường rãnh, cổng phun và sản phẩm bị loại bỏ có thể sử dụng lại. Công nghệ mang tính tiết kiệm chi phí nguyên liệu, bởi vì nó có thể đưa các loại nguyên liệu nhựa rẻ tiền hơn như nguyên liệu tái chế, các phế phẩm có thể sử dụng lại ngay lập tức bằng máy nghiền và máy đúc lại. Vì năng lượng tiêu tốn thấp nên quá trình này là quá trình kinh tế nhất để chế tạo ra nhiều dạng sản phẩm. Nhược điểm: Tuy nhiên, lợi nhuận của công nghiệp nhựa thì không cao. Máy đúc, thiết bị và các thiết bị phụ trợ thì đắt (chi phí cho máy cao). Việc điều khiển quá trình khó khăn máy móc không phải luôn hoạt động tốt trong suốt quá trình. Chất lượng nhựa thay đổi theo từng đợt nguyên liệu. Thêm vào đó, độ nhớt, nhiệt độ, áp suất trong quá trình đúc thay đổi liên tục và khó kiểm soát. Chất lượng hàng hóa thường khó xác định một cách chính xác và đặc tính lâu dài của nguyên liệu thì khó xác định, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và tay nghề khéo. Máy ép phun đạt hiệu quả cao, hoạt động một cách tự động dưới sự điều khiển nhiệt độ, áp suất. Cấu trúc phân tử, trọng lượng phân tử và sự phân phối trọng lượng phân tử ( tất cả điều chỉnh độ chảy lỏng). Sự định hướng phân tử polyme và kết tinh đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất và phải xem xét ảnh hưởng của chúng lên tính chất sản phẩm. 1.2. Đặc điểm của công nghệ đúc dưới áp suất (ép phun): Phương pháp gia công sản phẩm nhựa trên máy ép phun là công nghệ phun nhựa nóng chảy được định lượng chính xác vào trong lòng một khuôn đóng kín (thường làm nguội bằng nước) với áp lực cao và tốc độ nhanh và sau một thời gian ngắn sản phẩm được định hình, sản phẩm được lấy ra ngoài. Ta lại tiếp tục một chu kỳ tiếp theo cho sản phẩm thứ hai. Thời gian từ lúc đóng khuôn, phun nhựa, thời gian định hình sản phẩm, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, đóng khuôn lại gọi là một chu kỳ của một lần ép sản phẩm. Ngoài những đặc điểm trên, phương phép ép phun còn có những đặc điểm sau: Sản phẩm gia công khá chính xác theo 3 chiều, vì được tạo hình trong khuôn kín. Quá trình nhựa hóa và tạo hình được thực hiện trong 2 giai đoạn riêng biệt, trong những bộ phận khác nhau của máy: nhựa hóa trong xylanh nguyên liệu và tạo hình trong khuôn đúc. Quá trình tạo hình chỉ tiến hành sau khi làm khít hai nửa khuôn lại với nhau. Tùy theo loại nguyên liệu đúc, chế độ nhiệt độ của khuôn đúc khác nhau. Đối với nhựa nhiệt dẻo nhiệt độ của khuôn thấp hơn nhiệt độ nhựa lỏng. Đối với nhựa nhiệt rắn, nhiệt độ khuôn cao hơn nhiệt độ của nhựa lỏng. Vùng tạo hình của khuôn đã được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng lực của pittong đúc gián tiếp qua nhựa lỏng. Năng suất của phương pháp đúc dưới áp suất cao, tùy theo kích thước và hình dạng của sản phẩm chu kỳ đúc có thể thay đổi từ mấy giây đến mấy chục phút. Gia công bằng phương đúc dưới áp suất tiết kiệm được nhiều nguyên liệu, đồng thời công đoạn hoàn tất cũng ít tốn thời gian. Quá trình đúc dưới áp suất không ổn định về nhiệt độ và áp suất. Quá trình sản xuất ra sản phẩm có chất lượng cao, sản lượng tối đa và rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm là 2 vấn đề lớn của kỹ thuật công nghệ ép phun. . Nguyên liệu sử dụng: Vật liệu sử dụng cho công nghệ đúc dưới áp suất thường ở dạng hạt. Với phương pháp đúc dưới áp suất có thể gia công các chất dẻo nhiệt dẻo cũng như nhiệt cứng. Chất dẻo nhiệt dẻo được gia công ở dạng nguyên hoặc pha màu, pha thêm phụ gia hoặc tạo thành xốp. Theo cấu trúc có thể phân thành dạng tinh thể hay dạng vô định hình. 1.4. Nguyên tắc hoạt động : Quá trình hoạt động của máy ép phun gồm các bước sau: Nguyên liệu nhựa dạng hạt được cho vào miệng phiễu. Dầu được đưa vào bên cạnh búa thuỷ động để làm di chuyển bảng di động, đóng khuôn. Áp suất được tăng lên dần đến khi đủ lực để giữ khuôn đóng trong suốt quá trình phun. Nếu áp lực trong nguyên liệu nhựa lớn hơn lực giữ khuôn, khuôn sẽ mở ra, điều này không được chấp nhận lý do nhựa chảy ra ngoài theo đường phân chia trên bề mặt của khuôn sẽ tạo ra bavia mẫu sẽ bị loại và phải điều chỉnh lại. Trục vít bắt đầu chuyển động xoay tròn và lùi về phía sau. Khi vít bắt đầu quay và lùi về phía sau, hỗn hợp nhựa vẫn chuyển về phía trước nên chiều daì rãnh vít chứa đầy nhựa giảm dần, đồng thời hạt nhựa từ phiễu nạp liệu rơi vào rãnh vít. Do đầu kín nên phần nhựa lỏng ở đầu vít sẽ đẩy vít một đoạn về phía sau và dừng lại. Trong quá trình nhựa chuyển dần về đầu trục vít, quá trình gia nhiệt được thực hiện trong xylanh, khối vật liệu nóng lên và chuyển dần sang trạng thái chảy nhớt khi đi đến đầu trục vít. Hệ thống thủy lực làm việc đẩy vít về phía trước, khép kín đầu phun vào ống lót rãnh chính, đồng thời tạo áp suất đẩy nhựa lỏng thoát ra đầu phun vào rãnh và đi đến vùng tạo hình của khuôn. Sau khi nhựa đã lấp đầy vùng tạo hình, áp suất duy trì không đổi, ( tương ứng đầu vít sát đầu phun nhất) để quá trình làm nguội trong khuôn diễn ra, khối vật liệu trong đó tăng dần độ nhớt đến khi nào đủ để giữ nhựa không thoát ngược lại khi đầu phun thoát ra khỏi ống lót rãnh chính. Đến thời gian cần thiết, vít lùi về sau, tách đầu phun ra khỏi ống lót rãnh chính ( tránh sự truyền nhiệt của cụm nhựa hóa vào khuôn). Sau đó, quá trình nhựa hóa được tiến hành. Sau thời gian làm nguội khuôn được mở ra để lấy sản phẩm. Quá trình tháo khuôn có thể được thực hiện bằng cách tháo thủ công bằng tay, cách tháo này sẽ rất khó khi nhựa nguội, nó sẽ bám vào khuôn rất chặt. Vì vậy ta thường tiến hành tháo bằng tay kết hợp với phun khí vào trong khuôn để lấy sản phẩm ra khỏi khuôn. Cách khác là ta có thể dùng hệ thống thanh đẩy để tháo sản phẩm. hìnhcuaAQ 1.5. Phân loại máy: Do vấn đề đặt ra khi phát triển thiết bị dùng cho phương pháp đúc dưới áp suất đó là: gia công nhanh, cải thiện hiệu suất nhiệt và tăng công suất máy. Theo sự phát triển đó, máy đúc dưới ép suất phân thành 3 loại cơ bản: 1.5.1. Máy ép phun định hình bằng pittong (máy đúc pittong): Tính thương mại của máy ép phun trong cuối quá trình ép là pittong, gồm có ống thép rất nặng với 1 vòi lắp ở phía cuối. Nguyên liệu nhựa nóng chảy được đẩy vào trong 1 lỗ nhỏ (3-9,5 mm) (1/8 -3/8 in.) bởi pittong. Bên trong ống làm bằng thép dùng để phân phối nguyên liệu xung quanh bên trong vách. Ống có dạng hình trụ, được gia nhiệt bằng nhiệt điện ( dãi băng nhiệt) và điều khiển bằng cặp nhiệt điện được gắn trên pyrometes. Trong máy ép phun định hình loại pittong, hoạt động xoay tròn trong máy được thiết kế thành 2 xylanh. Xylanh đầu tiên, dùng để nóng chảy nguyên liệu còn gọi là xylanh đốt nóng và được cài đặt nhiệt độ ở 45 -900C. Bên trong có đặt lõi gia nhiệt mục đích tạo thành các lớp nhựa lỏng tiếp xúc với thành gia nhiệt giúp cho hiệu suất gia nhiệt tăng và nhiệt độ vật liệu đồng đều hơn. Hai xylanh nối lại với nhau bằng van. Khi van mở, xylanh đẩy nguyên liệu nhựa nóng chảy xuống cuối vòi và đẩy pittong quay trở lại. Khi pittong quay lại, trong khoảng thời gian dự tính ngừng làm đầy và van đóng lại bởi vì sự chuyển động quay tịnh tiến của pittong. Đến thời gian thích hợp trong chu kỳ, nguyên liệu được phun vào trong khuôn từ xylanh thứ 2. Thao tác này cải thiện sự pha trộn của nhựa, làm cân bằng nhiệt độ, tốc độ, áp suất và nguyên liệu được đưa đến điều kiện tốt nhất. Máy ép phun định hình bằng pittong gia nhiệt nguyên liệu bằng nhiệt điện. Nguyên liệu gần tường thì nóng hơn nguyên liệu gần trung tâm. Khó làm giảm nhiệt độ khi nguyên liệu nhựa nóng chảy. Các sản phẩm còn dư lại ép trong các bộ phận của khuôn, có thể gây rất khó khăn cho quá trình sản xuất ở các chu kỳ kế tiếp. Ngày nay, máy ép phun định hình bằng pittong thường chỉ dùng sản xuất cho những sản phẩm có hiệu quả đặc biệt như có van; pitttong 2 giai đoạn thì lạc hậu. 1.5.2. Máy đúc có cụm nhựa hóa sơ bộ: Nhằm mục đích tăng hiệu suất gia nhiệt, một bộ phận nhựa hóa sơ bộ được gắn kề với xylanh nguyên liệu. Vật liệu sau khi được nhựa hóa sơ bộ được gắn kề với xylanh nguyên liệu và sau đó được đẩy vào khuôn. Do pittong đúc tác dụng lên khối nhựa lỏng nên không có sự tổn hao áp suất bởi nén các hạt vật liệu và do đó khi ép giảm được áp suất đúc bộ phận nhựa hóa sơ bộ có thể là dạng xylanh đốt nóng với pittong đẩy hoặc dạng vít. 1.5.3. Máy ép phun có loại vít xoắn tiến lùi ( máy đúc trục vít) Đây là một loại vít đệm với trục vít chuyển động quay vòng, chuyển động tịnh tiến, ở đó nguyên liệu nóng chảy bởi nhiệt sinh ra do ma sát của những phân tử nhựa co sát với nhau trong quá trình vận hành. Máy đúc trục vít thì trộn tốt hơn và nhanh hơn và thay thế máy đúc pittong. Nguyên liệu được đốt nhanh và đều vì trong xylanh nguyên liệu, nguyên liệu vừa tạo thành các lớp mỏng, vừa được trộn liên tục. Thời gian lưu của nguyên liệu trong xylanh nguyên liệu ngắn hơn. Cấu tạo máy gọn nhẹ là bộ phận nạp liệu. Tuy không đòi hỏi đong lường nhưng vật liệu đi vào máy khá đồng đều giúp cho việc bảo đảm áp suất đúc ổn định, chất lượng sản phẩm đồng đều. Lượng chất bốc hơi và không khí theo khuôn ít, do trong quá trình nhựa hóa các chất này thoát qua lớp vật liệu chưa nhựa hóa đến lỗ thoát khí thường được bố trí ở phiễu nạp liệu. Tổn thất áp suất trong vùng nguyên liệu trước trục vít ít, do chúng đã được đốt nóng đến trạng thái chảy nhớt. Máy đúc trục vít không tạo được áp suất lớn do có khe hở giữa răng vít và xylanh. Cuối cùng, sự thay đổi lớn trong thiết kế máy điều khiển trực tiếp bằng máy tính, dễ dàng điều khiển tốc độ của hệ thống, áp lực và các thông tin khác. Đó là quá trình cải tiến xa, hiệu suất và sản phẩm đạt chất lượng. Ngoài các phân loại trên, người ta còn phân loại máy đúc theo nhiều cách khác nhau như: Theo cách điều khiển: loại tự động, bán tự động và điều khiển bằng tay. Theo loại truyền động: gồm truyền động cơ học, điện cơ, thủy lực học và khí nén thủy lực. Theo xylanh đúc: gồm loại 1 xylanh và nhiều xylanh. Chương 2: GIỚI THIỆU CÁC BỘ PHẬN MÁY MÓC VÀ CHỨC NĂNG 2.1. Cấu tạo của máy ép phun: Bộ phận chính gồm hai cụm lớn: Cụm 1: Cụm nhựa hóa và đúc Cụm nhựa hóa và đúc của máy ép phun gồm những bộ phận chính sau đây: Phiễu nạp liệu. Xylanh nguyên liệu. Trục vít vừa làm nhiệm vụ nhựa hóa vừa giữ nhiệm vụ tạo áp suất đẩy nguyên liệu vào vùng tạo hình của khuôn đúc. Để thực hiện nhiệm vụ này, bộ phận truyền động của trục vít phải tạo được chuyển động xoay tròn và chuyển động tới lui. Đầu trục vít. Đầu phun. Bộ phận truyền động. Trong các bộ phận này, bộ phận quan trọng hơn cả là xylanh nguyên liệu (nhiệm vụ quan trọng của xylanh nguyên liệu là tạo bề mặt truyền nhiệt) và trục vít. Cụm 2: Cụm đóng mở khuôn gồm có cơ cấu kẹp khuôn và đẩy sản phẩm injector. Cụm đóng mở khuôn phải đáp ứng hai yêu cầu cơ bản là: Kết cấu gọn nhẹ. Đảm bảo độ kín của khuôn, phải là ở giai đoạn áp suất cực đại. Bộ phận phụ trợ: gồm có hopper, máy nghiền, rô bốt lấy sản phẩm…. 2.2. Cụm nhựa hóa và đúc: 2.2.1. Phiễu nạp liệu ( hopper): Là một xylo đặt trên xylanh để chứa nguyên liệu, cấp liệu liên tục cho trục vít và xylanh. Nguyên liệu trong xylo được theo dõi và giữ cho nguyên liệu không được hạ đến mức thấp nhất gây ảnh hưởng đến hoạt động của máy. Ngoài ra, phiễu nạp liệu còn gắn thêm hệ thống sấy nguyên liệu. Hiện nay có 2 loại hopper chính: hopper tròn, hopper vuông. Hopper tròn: Tác nhân sấy là không khí khô, không khí được lấy từ môi trường bên ngoài qua hệ thống quạt hút, sau đó được gia nhiệt bởi các điện trở. Không khí được đun nóng đến nhiệt độ cần thiết, và được thổi vào hopper qua hệ thống ống dẫn. Không khí tiếp xúc với nguyên liệu và mang theo hơi ẩm ra ngoài môi trường. Nguyên liệu đạt được độ ẩm cần thiết để sẵn sàng cho sản xuất. Hopper vuông: Tác nhân sấy là khí nén, khí nén là không khí có độ ẩm thấp, được cấp vào hopper, bộ phận gia nhiệt bên trong hopper làm không khí nóng lên và tiếp xúc với nguyên liệu ra ngoài môi tường, làm nguyên liệu đạt độ ẩm cần thiết. Xylanh nguyên liệu: Là một ống trụ thẳng vừa với trục vít. Xylanh được gắn các hệ thống điện trở gia nhiệt dọc theo chiều dài của nó và điều khiển nhiệt bằng các đầu dò nhiệt. Xylanh nguyên liệu cấu tạo gồm hai lớp: Lớp bên ngoài chịu lực thường đúc bằng gang hoặc thép. Lớp trong thường đúc thép không gỉ chịu tác dụng ăn mòn hóa học và chống ăn mòn. Trục vít: Đây là một bộ phận rất quan trọng, vừa giữ nhiệm vụ nhựa hóa vừa tạo áp suất đẩy nguyên liệu vào khuôn tạo hình. Trục vít có hai chuyển động vừa quay tròn vừa tịnh tiến. Nhiệm vụ tải vật liệu và nhựa hóa được thực hiện bởi tác động quay tròn của trục vít. Nhiệm vụ tạo áp suất đẩy vật liệu ra khỏi xylanh nguyên liệu và lấy vật liệu được thực hiện bởi chuyển động tới lui của trục vít. Chiều dài của trục vít được chia làm 3 phần: vùng cấp liệu, vùng nén ép, vùng định lượng.hình7/110d 2.2.3.1. Vùng cấp liệu: Vùng cấp liệu chiều dài khoảng 50% L. Nhiệm vụ chủ yếu là chuyển tải nguyên liệu theo dọc trục vít đưa đến vùng nén ép. Khu vực này thường không thay đổi kích thước trục vít ( chiều sâu và bước vít). Vật liệu trong vùng này thường ở trạng thái rắn, chuyển động ma sát khô, sự đảo lộn vật liệu chưa rõ ràng, mang tính chất chuyển động khối. Để vật liệu có thể chuyển động tới thì ma sát của vật liệu lên bề mặt trục vít phải nhỏ hơn ma sát của vật liệu lên bề mặt thành xylanh. Ở cuối vùng này nguyên liệu bắt đầu mềm và chảy. 2.2.3.2. Vùng nén ép: Vùng nén ép chiều dài khoảng 25% L chiều dài trục vít. Nhiệm vụ khu vực này là vận chuyển và nén ép nguyên liệu nhựa thành khối đồng nhất mềm dẻo dưới tác dụng của nhiệt và áp lực. Để tạo ra áp lực, thì thể tích rãnh vít phải được giảm dần bằng cách giảm chiều sâu trục vít và bước vít. Vật liệu trong vùng này ở trạng thái rắn và lỏng, chuyển động của vật liệu có sự đảo trộn rõ nét hơn. Vật liệu chuyển động theo khối lỏng rắn, bề dày khối lỏng tăng dần khi vật liệu tiến về phía trước. 2.2.3.3. Vùng định lượng: Vùng này chiều dài khoảng 25% L. Ở khu vực này thường chiều sâu vít xoắn và bước vít có kích thước cố định (đôi khi có thể thay đổi chút ít để tăng thêm áp lực ở khu vực này). Nhiệm vụ chính của vùng định lượng là chuyển khối nguyên liệu đã nhựa hóa đồng nhất với vận tốc và áp suất không đổi tới phần định hình của sản phẩm. Vật liệu ở vùng này hoàn toàn chảy nhớt, chuyển động của vật liệu là chuyển động ma sát nhớt. Nhiệt do quá trình gia công được tạo ra do nhiệt cung cấp qua xylanh. Ngoài ra còn do nhiêt ma sát giữa nhựa và trục vít. 2.2.3.4. Tỷ lệ L/D: Tỷ lệ chiều dài trục vít (L) trên đường kính trục vít (D): L/D = 14:1 đến 24:1 tùy theo từng loại vật liệu. Vít xoắn ngắn chất lượng trộn kém, năng suất kém, nhựa hóa không ổn định. Nhìn chung vít xoắn dài có chất lượng tốt hơn và mới thỏa mãn nhu cầu về mặt công nghệ, song vít dài khó gia công do đó giá thành cao và độ bền trục vít yếu hơn. Đối với nguyên liệu dạng bột như PVC, người ta chọn tỉ lệ L/D từ 14-24 2.2.3.5. Tỉ lệ nén ép: Tỷ lệ nén ép là tỉ số giữa thể tích bước vít phần cấp liệu với thể tích bước vít vùng định lượng. Tỉ lệ nén ép = H1/H2 Trong đó: H1 chiều sâu răng phần cấp liệu. H2: chiều sâu răng phần định lượng. Tỉ lệ nén ép quá nhỏ, sản phẩm có kết cấu không chặt chẽ, bề mặt sản phẩm không bóng láng, và có thể có lỗ xốp. Tỷ lệ nén ép lớn hợp lý thì sản phẩm có kết cấu chặt chẽ, nâng tính bền cơ học và bề mặt sản phẩm bóng láng. Tỷ lệ nén ép quá lớn vượt quá giới hạn cho phép thì sẽ sinh lực cắt lớn hơn, vật liệu nhựa có thể bị rạn nứt, răng của trục vít chịu tải trọng lớn dễ gây hư hỏng. Tỷ lệ nén ép chọn từ 2:1 đến 3,5:1 Để có tỉ lệ nén ép ta thường có ba cách: Bước răng trục vít không thay đổi và chỉ thay đổi chiều sâu cánh vít. Chiều sâu cánh vít không thay đổi màa giảm dần bước răng trục vít. Phối hợp vừa thay đổi chiều sâu cánh vít vừa giảm dần bước răng trục vít. 2.2.4. Đầu trục vít: Có dạng hình côn thường tiếp xúc với xylanh ở cuối giai đoạn ép, tránh không cho nguyên liệu lỏng bám vào xylanh. 2.2.5. Vòi phun: Vòi phun là bộ phận nối giữa xylanh và khuôn trong quá trình phun nhựa vào nòng khuôn. Giữa vòi phun và khoảng tạo hình của khuôn là cuống phun và hệ kênh dẫn nhựa. Vòi phun được ghép vào xylanh của máy ép phun bằng mối ghép gen ống. Đường kính lỗ của vòi phun khoảng 3-6 mm. Đối với sản phẩm có khối lượng lớn, đường kính của vòi phun có lỗ khoảng lớn hơn 6 mm. Tùy thuộc vào vật liệu cần gia công, vào sản phẩm cần chế tạo, vào cấu trúc của khuôn được sử dụng mà chế tạo các vòi phun có kết cấu và công dụng khác nhau. Có nhiều loại vòi phun mà hình dáng và cấu tạo của nó ảnh hưởng đến áp suất và nhiệt độ mà đặc biệt là áp suất duy trì. Yêu cầu của vòi phun: Không có các điểm khuyết dừng (undercut) trên dòng vật liệu. Tổn thất áp suất nhỏ. Có khả năng lắp kín vào ống lót rãnh chính trong giai đoạn nhựa hóa. 2.2.6. Bộ phận truyền động Bộ phận truyền động là bộ phận tạo ra những chuyển động cho trục vít. Do có hai kiểu chuyển động nên có hai bộ phận truyền động khác nhau: Chuyển động tới lui được thực hiện nhờ xylanh thủy lực lắp sau xylanh nguyên lệu, thường 2 xylanh này đồng trục. Chuyển động quay tròn có thể do động cơ điện ruyền qua bộ phận giảm tốc bằng bánh răng, cũng có thể nhờ bộ phận truyền động thủy lực. Hiện nay có khuynh hướng sử dụng động cơ truyền động thủy lực, do có cơ cấu truyền động đơn giản hơn và phạm vi điều chỉnh vận tốc rộng. 2.2.6.1. Tốc độ vít xoắn: Đối với vật liệu có tính ổn định nhiệt kém dễ bị phá hoại bởi lực cắt lớn hơn phát sinh hoặc vật liệu độ nhớt cao cần lực quay lớn để thúc đẩy nguyên liệu tiến nhanh về phía trước. Đối với hai vật liệu này thông thường áp dụng vận tốc vít xoắn thấp hơn. Đối với vật liêu thông thường hoặc muốn hoàn thành công đoạn nhập nguyên liệu với thời gian ngắn hơn thì có thể áp dụng tốc độ cao. Tốc độ vít xoắn cao thì nhiệt ma sát của sức cắt cao phát sinh có hiệu quả tiết kiệm điện năng nhưng hiệu quả trộn đều nguyên liệu kém Máy ép phun thường sử dụng tốc độ vít xoắn đặt giữa 60 -120 vòng /phút. 2.2.6.2. Momen xoắn: Tốc độ của môtơ được thiết lập trong môtơ. Tốc độ và momen xoắn có thể thay đổi bởi sự hiệu chỉnh tốc độ của môtơ. Lực momen xoắn thay đổi ngược với tốc độ. Máy ép phun phải cung cấp đủ momen xoắn để nguyên liệu có khả năng nhựa hóa tại tốc độ thấp nhất. Thay đổi momen xoắn thì rất cần thiết bởi vì đặc tính của quá trình nhựa hóa khác nhau. Như plasticze polycacbonate đòi hỏi momen xoắn cao hơn poly styren. 1 môtơ có công suất 22 kw( 30hp) thì sẽ tạo ra momen xoắn với tốcđộ môtơ khác nhau: Tốc độ, rpm 1800 12000 900 Monen xoắn, J (ft,lb) 119 (87.1/2) 180 (144) 237 (175) Trục vít 6,35 cm ( 2.1/2 in.) tại 200 rpm lực cho phép lớn nhất là 30 kw ( 40 hp), và trục 11,4 cm ( 4.1/2 in.) tại 150 rpm lực cho phép là 134 kw ( 180 hp). Với lực đưa ra, ta thấy tốc độ thấp hơn, momen cao hơn, tỷ lệ cắt đứt mạch của nguyên liệu cao. Trục vít kỹ thuật hiện nay với tốc độ lớn nhất khỏng 45 m/min. Giới hạn nguyên liệu dễ cắt đứt mạch hơn với tốc độ 30 m/phút. Vận tốc trục vít liên quan đến áp suất nén trong xylanh, đến sản lượng, đến tốc độ trộn, đến thời gian dẻo hóa vật liệu và đến nhiệt độ gia công (vận tốc vít xoắn càng cao nhiệt độ đồng thời tăng cao do ma sát). Vì vậy chọn tốc độ trục vít tối ưu cho quá trình gia công sao cho đảm bảo quá trình nhựa hóa, đảm bảo năng suất cao, mà vật liệu nhựa không bị phân hủy . 2.2.6.3. Yêu cầu về lực: Quá trình dẻo hóa được thực hiện do tăng nhiệt độ đến nhiệt đúc. Để đạt được điều đó tất cả năng lượng cung cấp cho trục quay và hiệu suất máy là 100%. Từ khi trục hoạt động như bơm, tạo nên áp suất trong nguyên liệu. Dưới đây là công thức tính toán lực và các mối quan hệ được thể hiện như sau: Lực =C (Tp –Tf ). Q +(P .Q Trong đó: C: nhiệt dung riêng trung bình. Tp: nhiệt độ nhựa hóa. Tf: nhiêt độ nguyên liệu đầu vào. Q : năng suất quay liên tục. (P:áp lực chống lùi. Ví dụ : polystyren có nhiệt dung riêng trung bình là 1,76 J/g0C. Vậy lực cần thiết để dẻo hóa 1 kg/h tại 210C tính toán là 0,13 kw ( 0,17 hp). Có nghĩa là cứ tương đương với 7,7 kg/h thì có 1kw (1,3 hp). Nguyên liệu biến thiên từ 3,5-8,3 kg/h cho mọi 1kw (1,3 hp) Nếu lực động cơ 22 kw ( 30 hp) thì sản lượng lớn nhất của polystyren ( C= 3,3 J/g 0C) tại 1930C là 101 kg/h. Nếu nhiệt độ nguyên liệu tăng lên 230C thì sản lượng giảm xuống 82 kg/h. Do đó, nhiệt độ thấp hơn thì cho sản lượng lớn. Do đó, quá trình hoạt động được thực hiện tại nhiệt độ nóng chảy thấp nhất có thể. Nó sẽ có sản lượng lớn nhất và giảm thời gian cần thiết để làm nguội polymer trong khuôn đúc. Sản lượng tạo ra còn phụ thuộc vào áp suất nguyên liệu. Ví dụ: Nếu đường kính trục 6,35cm ( 2.1/2 in.) và 8,89cm ( 3.1/2 in.) thì có tỷ lệ L/D giống nhau và lực nén giống nhau. Mối quan hệ giữa lực nén, momen xoắn và tốc độ trục là rất mật thiết. Ví dụ: Trục 6,35cm tại 200 rpm, lực nén cho phép lớn nhất đặt vào là 30kw (40hp). Vậy, lực cao hơn, năng suất cao hơn cần đường kính trục lớn hơn. Với máy có đường kính nhỏ thì áp suất lớn hơn, nhưng khối lượng một lần phun sẽ nhỏ hơn, với các máy có áp suất cao thường dùng để ép các khuôn khó điền đầy, hoặc dùng để ép các loại nhựa kỹ thuật. Trục vít lớn thì áp suất thấp và lượng khối lượng phun lớn. Với các loại trục vít khác nhau thì có cùng chiều dài nhưng với trục vít có đường kính lớn hơn thì có tỷ lệ L/D nhỏ hơn. Do đó, hiệu quả làm mẫu chảy và hóa dẻo vật liệu kém hơn. 2.3. Cụm đóng mở khuôn: Bao gồm khuôn và hệ thống cơ học đóng mở khuôn 2.3.1. Các bộ phận của khuôn: 2.3.1.1. Khuôn đúc: hinh9/119d Khuôn là dụng cụ để định hình 1 sản phẩm nhựa, nó được thiết kế chế tạo sao cho có thể được sử dụng cho một số lượng chu trình yêu cầu sản xuất. Kích thước và kết cấu khuôn phụ thuộc vào kích thước và hình dạng sản phẩm. Tùy theo số lượng sản phẩm, yêu cầu chất lượng sản phẩm cần sản xuất mà người ta thiết kế khuôn, độ chính xác khuôn cao, khuôn làm việc thủ công, bán tự động hoặc tự động. Khuôn là 1 cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau, ở đó nhựa được phun vào, được làm nguội rồi đẩy sản phẩm. Sản phẩm được tạo hình giữa 2 phần của khuôn ( khuôn di động, khuôn cố định), khoảng trống giữa 2 phần đó được điền đầy bởi hơi nhựa và nó sẽ mang hình dáng và kích thước của sản phẩm. Khuôn cố định: Thông thường nó là phần lõm của khuôn hình thành ra hình dáng ngoài của sản phẩm, nó được gắn cố định trên bàn cố định của máy ép phun và là nơi nhựa được phun vào trong khuôn để hình thành sản phẩm. Khuôn di động: Nó là phần lồi của khuôn và hình thành ra hình dáng trong của sản phẩm. Khuôn di động thường được gắn trên bàn di động của máy ép phun. Khi thiết kế người ta thường cho sản phẩm bám vào khuôn di động, ở đó các cơ cấu đẩy sản phẩm sẽ tháo sản phẩm ra khỏi khuôn. Mặt phân khuôn: Là mặt phẳng tiếp xúc của khuôn di động và khuôn cố định. Mặt phân khuôn có thể là mặt phẳng hoặc mặt bậc thang, hoặc mặt nghiêng,…tùy theo hình dạng sản phẩm và sự bố trí. Hình 13/23 giới thiệu các bộ phận cơ bản của khuôn, chức năng và nhiệm vụ các bộ phận chi tiết đó. Phần khuôn cố định: Tấm kẹp khuôn phía trước: có nhiệm vụ kẹp phần cố định của khuôn vào bàn máy ép phun. Tấm khuôn phía trước: là phần cố định trên khuôn, nơi hình thành hình dáng ngoài (phần lõm) của sản phẩm. Vòng định vị: dùng để xác định vị trí thích hợp của vòi phun với khuôn.