You are here: Home » Khuôn nhựa » Thiết kế khuôn nhựa Bài_11:Đặc điểm, cách tính và bố trí Vòi phun (Nozzle) trong hệ thống Hot Runner(HR)

Thiết kế khuôn nhựa Bài_11:Đặc điểm, cách tính và bố trí Vòi phun (Nozzle) trong hệ thống Hot Runner(HR)

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-04

Vòi phun (Nozzle):

1 – Cấu tạo:

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-05

2 – Đặc điểm chung:

- Vòi phun là vị trí cuối cùng của một hệ thống HR và nó bao gồm
một dây dẫn nhiệt đến miệng phun, miệng phun có vài trò cung cấp nhựa
nóng từ kênh dẫn chảy vào lòng khuôn.

- Vòi phun là chi tiết quan trọng nhất, khó lựa chọn và chế tạo nhất
của một hệ thống HR, nó phải đạt được nhiều yêu cầu cao.

- Bên cạnh những yêu cầu chung để hình thành nên hệ thống HR,
vòi phun phải đạt những yêu cầu sau:

+ Nhiệt độ nhựa điểm đầu và điểm cuối của vòi phun phải
chênh lệch thấp.

+ Cách nhiệt giữa vòi phun và khuôn, một khi không cách nhiệt
thì nhiệt độ khuôn tăng sẽ kéo dài thời gian làm nguội hoặc
gây ra sự giãn nở khuôn.

+ Không xuất hiện bất kỳ hiện tượng đông cứng nhựa tại miệng
phun.

+ Dễ dàng làm sạch, tháo gỡ và thay thế các thành phần bị hư hỏng.
+ Có khả năng thích ứng với các hình dạng của khuôn và tính
chất của nhựa.

- Vòi phun được gia nhiệt từ bên trong hoặc bên ngoài. Vòi phun
được gia nhiệt trực tiếp bằng bộ gia nhiệt đặt bên cạnh chúng hoặc nhiệt
từ hệ thống kênh dẫn manifold đến vòi phun, vòi phun ở dạng này phải
làm từ vật liệu có tính dẫn nhiệt cao thường là hợp kim đồng.

- Nhiệt độ nhựa nóng chảy không thay đổi trong kênh dẫn để ngăn
ngừa bất kỳ sự biến đổi nào trong đặc tính chảy của dòng nhựa: sự nguội
của nhựa ở điểm cuối của vòi hay sự quá nhiệt ở giữa của vòi đều không
kiểm soát được. Tốt hơn hết là đặc tính nhiệt nên tuyến tính.

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-06

+ Đường thẳng bên dưới: nhiệt độ ép.
+ Đường cong bên trên: nhiệt độ nhựa.

3 – Phân loại vòi phun Nozzle:

Theo phương pháp cấp nhiệt thì vòi phun Nozzle được chia làm 3
loại chính sau:

- Vòi phun gia nhiệt ngoài.

- Vòi phun gia nhiệt trong.

- Vòi phun kiểu cách ly.

a) Vòi phun gia nhiệt ngoài:

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-07

Vòi bao gồm rãnh nhựa tròn và bao quanh bởi một bạc. Bạc được
bao quanh bởi một nhiệt trở kiểu băng hoặc là loại nhiệt trở khác có thể
bao quanh được nó. Bạc được gia nhiệt này được bao quanh bởi một lớp
khí, dùng để cách ly nhiệt của nó với lòng khuôn. Một cặp nhiệt điện
được gắn vào nozzle để cung cấp tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển nhiệt
độ của nozzle.

Miệng phun của nozzle cung cấp nhựa trực tiếp vào lòng khuôn
để điền đầy và đòi hỏi phải để lại dấu vết trên sản phẩm càng nhỏ càng
tốt. Với yêu cầu này thì độ mở của miệng phun phải nhỏ nhất có thể.
Để giữ độ mở của miệng phun được nhỏ, thì thông thường sử dụng bộ
gia nhiệt ở đầu miệng phun. Đầu miệng phun này thường là một tấm
insert, có một lỗ nhỏ ở giữa miệng phun và được gia nhiệt gián tiếp
(thông qua dẫn nhiệt) từ điện trở của nozzle.

Việc gia nhiệt gián tiếp  này giới hạn nhiệt độ của đầu miệng phun. Bất cứ sự thay đổi nhiệt độ

của nozzle thì đều tác động đến đầu miệng phun. Với một vài thiết kế,
thì nozzle được gia nhiệt phải có 2 điện trở và điều khiển nhiệt độ
cách ly khác nhau. Một điện trở nằm ở giữa và gần phần đầu của
nozzle, cái khác nằm trên đầu cuối của nozzle và miệng phun. Sử dụng
hai nhiệt trở này sẽ làm tăng khả năng điều khiển nhiệt độ ở các khu
vực khác nhau đó.

b) Vòi phun gia nhiệt trong:

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-08

Các vòi này thường bao gồm một kênh nhựa, nhựa chảy qua một
cái bạc chuyên dụng hoặc có thể gia công trực tiếp đến phần nửa tấm
khuôn. Có một đầu gia nhiệt được đặt ở tấm của kênh dẫn tạo thành một
khoảng không hình vành khuyên. Một cặp nhiệt điện được đặt trong đầu
gia nhiệt này để lấy tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển. Ngay khi nhựa
chảy vào lòng khuôn thì nó đóng băng dọc theo phía ngoài trong khi giữ
lại một lớp nhựa nóng chảy ở gần đầu nhiệt trở. Lớp nhựa đóng băng này
giúp bịt kín kênh dẫn không rò rỉ và cách ly nhiệt giữa nhánh nóng với
khuôn lạnh. Nếu sử dụng một bạc cuống phun thì phải thêm một lớp khí
đệm ở giữa để cách ly nhiệt độ. Thiết kế này tạo ra sự mất áp lớn trên thể
tích vật liệu.

Nhiệt trở ở tấm phổ biến là một nhiệt trở hình “vỏ đạn” (cartridge
heater), ngoài ra cũng có thể sử dụng các loại gia nhiệt khác. Nhiệt được
truyền đến đầu miệng phun, nó được đặt đúng tấm của đầu gia nhiệt.

c) Vòi phun kiểu cách ly:

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-09

Một loại khác của hệ thống kênh dẫn nóng bao gồm tấm manifold
gia nhiệt bên ngoài và nhiệt được dẫn đến làm nóng các nozzle và các
nhánh, loại này phổ biến với những thiết kế riêng. Những nozzle loại dẫn
nhiệt được làm từ những vật liệu dẫn nhiệt tốt như hợp kim đồng beri.
Tất cả nhiệt đến các nhánh đều được dẫn từ manifold; vì thế, những
nhánh này không thể điều khiển nhiệt độ độc lập.

Nozzle thường được nối với manifold bằng mối lắp ren để cho khả
năng truyền nhiệt là lớn nhất. Nozzle bao quanh bởi một bạc bên ngoài.
Suốt quá trình khởi động nhựa sẽ tràn ra ngoài sang những rãnh khí giữa
nozzle dẫn nhiệt và bạc bao quanh. Vật liệu này được giữ lại đó và đóng
vai trò là lớp cách ly.

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-10

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-11

4 – Thiết kế và tính toán sự giãn nở vì nhiệt:

- Thiết kế nozzle, để lựa chọn được chiều dài Nozzle cho phù hợp
thì cần tuân theo những nguyên tắc sau:

+ Lựa chọn chiều dài Nozzle phải phù hợp với chiều cao của
khuôn.

+ Lựa chọn chiều dài Nozzle ngắn nhất có thể.

- Lựa chọn loại Nozzle cần lưu ý một số đặc điểm sau:

+ Trọng lượng nhựa phun ra trong một Nozzle.

+ Vật liệu nhựa và chất phụ gia (nếu có).

+ Vị trí miệng phun.

+ Các thông số quan trọng trên Nozzle:

Kích thước L: là chiều dài của Nozzle.

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-12

Kích thước J: là kích thước đường kính dòng nhựa chảy trong vòi phun.

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-13

Kích thước D: là kích thước đường kính ngoài của vòi phun.

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-14

Kích thước X c : là khoảng cách giữa 2 vòi phun.

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-15

- Tính toán giãn nở chiều dài của Nozzle

Nhiệt độ Nozzle của kênh dẫn nóng và nhiệt độ của khuôn chênh
lệch rất nhiều, cho nên, sự giãn nở vì nhiệt phải được đưa vào trong thiết
kế các tấm Manifold và Nozzle trong điều kiện nguội. Nếu tính toán giãn
nở nhiệt không đúng thì hệ thống kênh dẫn nóng hoặc khuôn sẽ bị phá
hủy hoặc gây ra sự rò rỉ.
Chiều dài thực của Nozzle =L + ΔL + q
Trong đó:
L: là chiều dài loại Nozzle được lựa chọn (mm).
ΔL: là giá trị giãn nở nhiệt của Nozzle (mm).
q: là khe hở miệng phun (mm).

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-16

Giá trị ΔL được xác định như sau:
ΔL= L F – L D = L D x α x (T R – T F ) (mm)
Trong đó:
L D là chiều dài Nozzle (mm)
L F là chiều dài Nozzle lúc giãn nở (mm)
α là hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu (1/°C)
T R là nhiệt độ bộ chia nhựa (°C)
T F là nhiệt độ khuôn (°C)

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>