You are here: Home » Khuôn nhựa » Thiết kế khuôn nhựa Bài_12:Đặc điểm, cách tính và bố trí Miệng phun (Gate) trong hệ thống Hot Runner(HR)

Thiết kế khuôn nhựa Bài_12:Đặc điểm, cách tính và bố trí Miệng phun (Gate) trong hệ thống Hot Runner(HR)

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-17

Miệng phun (Gate):

- Miệng phun là vị trí cuối của kênh nhựa, là vùng quan trọng nhất
trong hệ thống HR. Nó khống chế chức năng của đầu nozzle, bất chấp nó
có được đặt trong nozzle hay không. Miệng phun nó được phân thành
dạng van nhiệt hoặc van cơ. Việc điều khiển miệng phun liên quan đến
cả việc điều khiển dòng nhựa nóng và thời gian đóng mở miệng phun.

- Những yêu cầu kỹ thuật của miệng phun:

+ Chống lại sự đông đặc và ngắt dòng chảy nhựa.

+ Không có kéo sợi hoặc nhỏ giọt.

+ Mất áp suất nhỏ nhất.

+ Khu vực dòng chảy chết là nhỏ nhất.

+ Để lại dấu vết miệng phun trên sản phẩm là nhỏ nhất.

- Miệng phun được chia ra các loại sau:

+ Miệng phun dạng mở.

+ Miệng phun kiểu van.

+ Miệng phun kiểu van tuần tự.

+ Miệng phun kiểu van core.

 

1 – Miệng phun dạng mở:

Có thể dùng cho loại vật liệu tinh thể và vô định hình, các thông số
của nó là: đường kính miệng phun, vùng làm mát miệng phun, và điều khiển
nhiệt độ ở đỉnh miệng phun để tối ưu hoá chất lượng chi tiết. Miệng phun
dạng mở để lại một vết nhỏ trên bề mặt chi tiết. Kích thước của vết này nó
liên quan trực tiếp đến hình dạng hình học của miệng phun và đặc tính vật
liệu. Vết này lớn hơn đường kính miệng phun, hơn nữa vết này nhô ra. Vì lý
do này miệng phun thường lún vào vết lõm hình cầu để mà vết không đùn
lên trên bề mặt chi tiết. Miệng phun dạng mở nhìn chung không phù hợp đối
với loại vật liệu có chỉ số chảy cao hay ứng suất cắt cao.

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-18

Việc đóng kín miệng phun bằng nhiệt (tự hoá rắn) có thể thấy ở đầu
phun dạng cạnh, dạng nghiêng (tip) và dạng mở khác. Việc làm nguội
phần miệng phun sẽ khiến cho miệng phun nhựa tại miệng phun đông đặc
và miệng phun bị đóng kín lại. Bởi vì dòng nhựa lúc này cần phải dừng lại,
như vậy có một sự thay đổi nhiệt độ nhanh trong miệng phun. Trong quá
trình dịch chuyển các thành phần khuôn thì cuống phun được lấy ra, và
một chốt nhựa ngắn được hình thành trong miệng phun. Việc gỡ chốt nhựa
diễn ra tại mặt cắt hẹp của phần côn của miệng phun.

Nếu nhiệt độ miệng phun quá cao thì chốt nhựa có thể bị dòng
nhựa đục thủng xuyên qua. Như vậy nhựa sẽ bị kéo thành sợi ở vị trí
miệng phun từ bên trong của đầu phun. Việc nhựa bị kéo dây là khuyết
điểm chính của loại đầu phun dạng mở. Và rất khó loại trừ nó.

Việc hình thành đuôi nhựa có thể gây ra khó khăn trong việc điền
đầy khuôn. Vì lúc này khi đóng khuôn nó sẽ bị ép nằm giữa hai mặt phân
khuôn tạo thành một lớp nhựa như một miếng nêm gây trở ngại cho
miệng phun. Một giải pháp đưa ra là tạo hốc nhỏ hình hột đậu trong lõi ở
phía đối diện với miệng phun, đặc biệt đối với sản phẩm thành mỏng.

Những thuận lợi của việc này được xem xét như sau:

-Làm dòng nhựa dễ dàng đồng đều.

-Giúp làm nóng chảy lớp nhựa gây cản trở miệng phun.

- Làm giảm ứng xuất nội trong chi tiết tại vị trí quanh miệng phun,
vì có thể làm giảm sự không đồng đều về bề dày.

Việc phân tích này cho thấy ý nghĩa của việc áp dụng các nguyên tắc
khác nhau để thiết kế hệ thống HR, nó phụ thuộc vào loại nhựa. Việc làm
nguội miệng phun tốt là yêu cầu thiết yếu đối với nhựa vô định hình, thậm
chí đối với nhựa tinh thể đông đặc chậm (PE, PP) cũng cần yêu cầu này.

2 – Miệng phun kiểu van:

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-19

Trong hình chỉ ra kết cấu loại miệng phun kiểu van. Chốt mở van
được vận hành bằng thuỷ lực. Trong cơ cấu thuỷ lực, piston và xylanh
được đặt ở tấm trên. Trước khi ép, chốt van ở vị trí thụt vào. Điều này
làm cho lỗ miệng phun mở rộng để cho phép nhựa chảy vào lòng khuôn.
Trước khi nhựa tại miệng phun hoá rắn hoàn toàn, thì chốt di chuyển đến
vị trí đóng van. Lò xo ngăn chốt van không cho phép nó điều khiển cùng
lúc hoặc sự di chuyển của van. Vì thế, hệ thống miệng phun kiểu van
thường được vận hành bằng cơ cấu thuỷ lực hoặc khí nén.

Khi chốt lùi về thì nó tạo ra lỗ miệng phun lớn, điều này có thể làm
mất mát áp suất hơn so với thiết kế miệng phun kiểu mở. Trong những
ứng dụng khuôn tốc độ ép cao thì kiểu van có khả năng giảm được thời
gian chu kì ép, khi van đóng thì nó cho phép nhựa hóa dẻo trong quá
trình mở khuôn.

Một trong những mục đích đầu tiên của việc sử dụng miệng phun
kiểu van là để tạo ra một miệng phun hoàn thiện mà không có kéo sợi
hay nhỏ giọt. Những loại miệng phun này thì nó có đặc điểm là để lại vết
kiểu vòng nhỏ hơn những vết của miệng phun tiêu chuẩn. Việc loại trừ
vết của miệng phun tiêu chuẩn thì thường cần thiết cho những loại khuôn
làm các sản phẩm y tế. Một bề mặt hoàn mỹ sẽ loại trừ những nguy hiểm
khi sử dụng các găng tay cho phẩu thuật và bảo vệ những y phục khác
không rách bởi những vết để lại của miệng phun.

Đầu chốt thẳng thì nó loại trừ những vấn để xảy ra đối với chốt côn
như sự hạn chế di chuyển của nó không tạo ra va đập vào bề mặt khác.

Tuy nhiên, nó làm tăng thêm rắc rối về vấn đề định tấm. Một chốt không
định tấm tốt sẽ gây ra mài mòn giữa đầu chốt và lỗ miệng phun. Khi đẩy
sản phẩm ra nó sẽ đẩy vật liệu tại chỗ hở làm tăng vết của miệng phun
trên sản phẩm. Thêm nữa, nếu không có phần côn sẽ làm tăng khoảng hở
giữa chốt và lỗ khi chịu mài mòn. Một chốt côn sẽ hạn chế mài mòn hơn,
các trạng thái đóng mở của nó có thể thường được hiệu chỉnh để duy trì
bịt kín. Thêm nữa, vật liệu nhựa đông đặc xung quanh bên trong lỗ miệng
phun kiểu thẳng sẽ được đẩy sang sản phẩm khi chốt đóng. Điều này sẽ
tạo ra nhiều vấn đề đối với sản phẩm.

Khi chốt van di chuyển xuống thì nó ép và đẩy vật liệu trong lỗ
sang lòng khuôn. Để đạt được hiệu quả làm kín tốt thì chốt côn phải
chạm vào bề mặt côn của khu vực đầu miệng phun.
Sự di chuyển xuống của chốt van có thể được dừng lại bởi một
khóa dừng tại đáy của chốt van. Cách này và một vài biện pháp khác của
việc điều khiển các trạng thái đóng mở có thể giúp loại trừ nguy cơ phá
hủy ở tại đầu chốt và lỗ miệng phun. Khi thiết kế tấm insert miệng phun,

phải xem xét đến mài mòn gây ra bởi sự ma sát tuần hoàn xảy ra của chốt
van. Những vấn đề với thiết kế này bao gồm đông đặc nhựa ở thành trong
của lỗ miệng phun côn. Vật liệu đông đặc này sẽ ngăn ngừa hoàn toàn
các chốt tiến lên trên. Kết quả sẽ để lại một bề mặt trụ nhỏ trên sản phẩm.

Kiểu này rất dễ bị mòn, nó sẽ tạo ra dạng lỗ hỏng hình vành khăn
tạo hình bởi chốt van với lỗ trong của miệng phun. Một vòng nhỏ dạng
vành khăn có thể tạo hình trên sản phẩm khi độ mòn giữa chốt van và lỗ
miệng phun tăng.

Cả hai kiểu chốt này làm việc tốt cho hầu hết các loại nhựa, vô định
hình và bán tinh thể. Nó chỉ giới hạn với những loại nhựa có những tác
nhân mài mòn. Thiết kế côn thường tốt hơn với những tác nhân gây mòn
bởi vì nó có khoảng dung sai lớn hơn cho mài mòn.

Cả hai thiết kế miệng phun kiểu van đòi hỏi phải đảm bảo định tấm
tốt giữa lỗ miệng phun và chốt van để mà hạn chế mài mòn. Thêm nữa,
điều khiển các trạng thái đóng mở của chốt sẽ làm bịt kín miệng phun và
có tạo vết trên sản phẩm do phần nhô ra của chốt hay không. Điều chỉnh
giãn nở nhiệt cũng rất cần thiết cho thiết kế và vận hành

3 – Miệng phun kiểu van tuần tự:

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-20

Điều khiển đúng lúc mỗi van tại đúng một thời điểm. Nó có khả
năng loại trừ những đường hàn ở chi tiết sử dụng nhiều miệng phun bằng
cách điều khiển miệng phun mở theo một dòng chảy liên tục. Hình a chỉ

ra mặt cắt ngang của chi tiết được điền đầy đồng thời. Điều này sẽ tạo ra
trên sản phẩm nhiều đường hàn. Hình b chỉ ra cũng cùng một sản phẩm
được tạo hình với cùng số miệng phun nhưng được mở tuần tự theo dòng
chảy của nhựa điền đầy sản phẩm. Lúc đầu một trong các miệng phun sẽ
mở và nhựa được đẩy vào. Nhựa cho phép đưa ra phía trước và chảy qua
miệng phun thứ 2 gần kề với nó. Khi nhựa đã chảy qua miệng phun thứ
2, miệng phun này mở và tiếp tục điền đầy đến miệng phun thứ 3. Miệng
phun thứ 3 mở và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi điền đầy phần còn lại
của sản phẩm. Loại này loại trừ được sự hình thành của đường hàn.

 

4 – Miệng phun kiểu vancore:

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-21

Kiểu này ứng dụng để ép những sản phẩm có dạng lỗ tại tấm chi
tiết như bánh răng nhựa, chi tiết dạng ống,…

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-22

5 – Một số kiểu đóng mở van miệng phun khác:

Một kiểu khác để đóng mở van là sử dụng một xy lanh thủy lực hay
khí nén rời kết hợp với cơ cấu đóng mở miệng phun. Kiểu này thiết kế
phức tạp và thường dùng đối với khuôn một lòng khuôn, sử dụng hệ
thống kênh dẫn nóng, với miệng phun kiểu van.

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-23

Các loại miệng phun (theocatalog MoldMasters)

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-24

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-25

6 – Chế tạo miệng phun:

Để thực hiện việc tối ưu độ bền của vùng quanh miệng phun trong
khuôn, nên sử dụng loại thép dễ uốn (thép làm việc ở chế độ nóng, ví dụ
DIN 12343), với độ cứng khoảng 48-50 HRC. Tránh làm cứng bằng cách
thấm Nitơ hoặc Chrome. Việc đánh bóng và bo tròn các góc cạnh được
thực hiện để giảm ứng xuất bên trong. Nơi miệng phun được gia công thì
dễ bị giòn và cần được lưu ý.

Loại miệng phun dạng ghép có thể thay thế được giúp sử dụng các
đầu phun linh hoạt hơn. Có thể thay đổi dạng miệng phun mà không cần
phải thay đổi toàn bộ đầu phun nozzle.

7 – Làm mát miệng phun:

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-26

thiet-ke-khuon-ep-nhua2-27

Tấm ghép giúp việc làm mát tốt hơn, và có thể thay được. Việc làm
mát miệng phun nên thiết kế sao cho nhiệt độ có thể phân bố đều và nó
độc lập với nhiệt độ khoang tạo hình.

Đối với nhựa bán tinh thể có điểm nóng chảy xác định chính xác,
thiết kế vùng miệng phun và việc điều khiển nó phải dự phòng nhiệt độ
miệng phun cao được duy trì với sai số thấp. Điều này có nghĩa là tốt hơn
nên cách nhiệt giữa vùng miệng phun với vùng làm nguội của khuôn, và
khả năng gia tăng nhiệt độ truyền đến miệng phun. Việc điều khiển chính
xác cần phải đảm bảo nhiệt độ chỉ dao động thay đổi nhỏ là tốt nhất với
đầu dò nhiệt được đặt gần miệng phun. Ở trong thân của đầu phun, việc
làm mát được điều chỉnh bằng cách bố trí đầu phun nozzle phù hợp. Đối
với nhựa tinh thể đặc nhanh (như POM hoặc PA6), việc cách nhiệt miệng
phun là cần thiết, với chiều dài giới hạn là ngắn nhất có thể. Đối với nhựa
đặc chậm (PE, PP) cần có đường làm mát miệng phun, và chiều dài tiếp
xúc nhỏ là tốt hơn cả.

Cũng có thể có đường làm mát bên trong thân đầu phun nó giúp
cho việc điều khiển nhiệt độ của miệng phun dễ dàng hơn và nó cũng có
thể dùng cho nhựa vô định hình.

Đối với đầu phun dạng vòng có cấp nhiệt bên trong thì ít bị dính (bị
kẹt). Khi nhựa được phun vào, nó tạo thành từng lớp sát thành khuôn, bởi
vì đầu phun nóng nên nhựa không dính lên miệng phun. Đỉnh miệng
phun cung cấp dòng nhiệt không đổi để ngăn ngừa nhựa bị đông và gây
nghẹt. Việc nhô ra không đáng kể của đỉnh phun giúp điều khiển dòng
chảy tốt hơn. Trong đầu phun có hệ thống giúp cho việc điều khiển thay
đổi nhiệt độ nhanh chóng, nó được trang bị giúp chống thất thoát nhiệt.

 

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>