#15. Chu kỳ ép phun và thời gian làm lạnh khuôn nhựa

Chào mọi người! Trở lại với chuổi 100 bài viết chia sẽ về kinh nghiệm làm khuôn nhựa hôm nay Bill Nguyễn sẽ tiếp tục với bài viết số 15. Trong bài viết này mình sẽ chia sẽ với các bạn về sự tương quan đặc biệt giữa chu kỳ ép phun và thời gian làm lạnh của khuôn nhựa.

Bài viết này sẽ khái quát cho bạn một cách dễ hiểu nhất về cách tính thời gian một chu kỳ ép phun trong khuôn nhựa và cách tính thời gian làm mát một sản phẩm được sản xuất bằng công nghệ ép phun.

Để đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy cho bài viết mình đã sử dụng công thức tham khảo từ một số diễn đàn về khuôn nước ngoài và một số tài liệu về khuôn nhựa bằng Tiếng Anh + Tiếng Nhật. Hy vọng nhận thêm được nhiều đóng góp từ kinh nghiệm thực tế của các anh chị trong Mold Việt để bài viết có giá trị hơn nữa.

Chu kỳ ép phun là gì?

Trước đây, trong một bài viết mình có đề cập về chu kỳ ép phun. Một số bạn sau khi đọc bài viết vẫn muốn mình giải thích lại rõ hơn về khái niệm chu kỳ ép phun là như thế nào. Hôm nay, nhân bài viết này mình sẽ khái quát lại thêm một lần nữa để các bạn mới hiểu rõ hơn về chu kỳ ép phun trong trong sản xuất bằng công nghệ khuôn ép nhựa.

Chu kỳ ép phun là khoảng thời gian lặp lại giửa hai lần đóng khuôn liên tiếp. Hay dễ hiểu hơn nó là thời gian để kết thúc một chu trình ép phun thông qua tuần tự 4 bước sau:

Bước 1: Đóng khuôn

Đây là quá trình mà khuôn đực được ép chặt vào khuôn cái nhờ hệ thống đẩy thủy lực nhằm khép kín mặt phân khuôn lại với nhau. Lực ép phải đủ lớn để chống lại được lực phun của nhựa đồng thời không được tạo ra khoảng  hở đủ lớn giữa 2 mặt phân khuôn để nhựa xì ra ngoài tạo ba với.

Bước 2: Phun nhựa nóng chảy vào lòng khuôn và bảo áp

Nhựa nóng chảy được bơm vào lòng khuôn thống qua cuống phun với một tốc độ cao nhờ áp suất được tạo ra khi trục vít tiến về phía trước. Lòng khuôn được điền đầy nhanh chóng và bị co rút nhanh trong lòng khuôn do nhiệt độ nhựa giảm mạnh. Để hạn chế sự co rút đó thì áp suất do trục vít tạo ra được giữ lại một khoảng thời gian cho đến khi cuống phun và kênh dẫn bị đông cứng lại. Quá trình giữ áp suất này được gọi là quá trình bảo áp hay quá trình kìm.

Bước 3: Làm mát.

Sau khi nhựa nóng chảy được điền đầy vào lòng khuôn thì phải làm nguội để chuyển hóa nhựa nóng chảy từ thể lỏng sang thể rắn nhằm giữ nguyên tạo hình của sản phẩm về dễ dàng đưa sản phẩm ra ngoài. Quá trình này gọi là quá trình làm mát. Căn cứ vào lý tính của từng loại nhựa mà ta có thể làm mát sản phẩm bằng các phương pháp khác nhau như làm mát bằng nước lạnh, làm mát bằng không khí…

Trong khi sản phẩm được làm mát thì trục vít cũng được lùi về để chuẩn bị cho chu kỳ phun kế tiếp.

Bước 4: Mở khuôn để lấy sản phẩm ra ngoài

Sản phẩm sau khi được làm mát hoàn toàn phải được đưa ra ngoài để xử lý nguội nếu cần hoặc chuyển qua bộ phận khác nếu không phải xử lý gì thêm. Để đưa sản phẩm ra ngoài thì người ta sẽ tiến hành mở khuôn bằng cách kéo khuôn đực lùi về để nới rộng khoảng giữa 2 mặt phân khuôn đến một khoảng cách định trước. Lúc này sản phẩm phải nằm bên phía di động.

Sản phẩm được đẩy ra khỏi lòng khuôn nhờ trục lói của máy ép tác động một lực đẩy lên hệ thống pin đẩy được thiết kế trong khuôn. Sản phẩm sẽ rơi xuống máng hứng hoặc được robot gắp ra ngoài để chuẩn bị xử lý công đoạn tiếp theo.

• Cấu tạo khuôn ép nhựa [P3] – Chức năng các thành phần trong khuôn nhựa

Cách tính thời gian một chu kỳ ép phun

Như vậy đơn vị tính của chu kỳ ép phun là giây (s). Thời gian một chu kỳ ép phun là tổng thời gian của 4 bước trong một chu kỳ công lại. Ta có công thức sau:

trong đó:

• T: thời gian 1 chu kỳ ép phun
• t1: thời gian nhựa phun vào lòng khuôn + thời gian bảo áp
• t2: thời gian làm mát
• t3: thời gian lấy sản phẩm ra ngoài
• t4: thời gian đóng mở khuôn

Thời gian làm lạnh

Thời gian làm lạnh là gì?

Thời gian làm lạnh là thời điểm khi nhựa được điền đầy vào lòng khuôn cho đến khi nhựa nóng chảy chuyển sang thể rắn hoàn toàn. Trong thời gian này khuôn vẫn được đóng lại để giữ cho sản phẩm tạo hình như mong muốn đồng thời hệ thống làm lạnh khuôn hoạt động để giảm nhiệt độ lòng khuôn với một tốc độ giảm được tính toán trước.

Trong 4 yếu tố cấu thành thời gian của 1 chu kỳ thì thời gian làm lạnh là yếu tố biên thiên nhiều nhất đối với các sản phẩm có tính chất khác nhau. Điều này nghĩa là trong khi 3 yếu tố t1, t3, t4 gần như là một hằng số không thay đổi nhiểu đối với các sản phẩm khác nhau thì yếu tố thời gian làm mát t2 sẽ có sự biến thiên nhiều hay ít tùy thuộc vào ngoại quan và lý tính của sản phẩm.

Thời gian làm mát t2 cũng là yếu tố ảnh hưởng nhiều đến giá thành sản phẩm. Một sản phẩm có thời gian để làm mát càng dài thì giá thành càng cao và ngược lại. Theo kinh nghiệm của rất nhiều chuyên gia về khuôn ép nhựa thì thời gian làm mát này phụ thuộc vào các yếu tố như:

• Khả năng làm mát lòng khuôn của hệ thống làm lạnh khuôn
• Tính chất vật lý của nhựa
• Nhiệt độ môi trường (Đối với các nhà xưởng không được kiểm soát nhiệt độ)
• Độ dày thành sản phẩm…

Trước đây thì người ta thường tính toán thời gian làm mát của một sản phẩm ép nhựa bằng kinh nghiệm của người đứng máy. Tuy nhiên, thời gian gần đây thì một chương trình máy tính của NASA có tên là CEA (Chemical Equilibrium with Applications) có thể sử dụng để dự đoán được thời gian làm lạnh cần thiết của khuôn.

CEA là một chương trình tính toán nồng độ sản phẩm cân bằng hóa học từ bất kỳ tập hợp các chất phản ứng và xác định tính chất nhiệt và vận chuyển cho các hỗn hợp sản phẩm. Chương trình được phát triển để ứng dụng vào bao gồm tính năng tên lửa lý thuyết, các thông số nổ Chapman-Jouguet, thông số ống sốc, và các đặc tính đốt… Thực sự thì mình cũng chưa sửa dụng đến công cụ này nhưng vẫn muốn nêu ra trong bài viết này để bạn nào muốn tìm hiểu thì có cơ sở để học hỏi thêm. Hy vọng sau này moldviet.com sẽ có một bài của độc giả gửi tặng về phần mềm khá hay ho này.

• Bài 4: Tỷ lệ co rút của nhựa trong thiết kế khuôn nhựa

Tính toán thời gian làm mát của khuôn

Trong thực tế, khi thử nghiệm một sản phẩm mới thì người điều khiển máy ép sẽ dựa vào kinh nghiệm của mình để dự đoán và đặt thời gian làm lạnh cần thiết cho một bộ khuôn mới. Đầu tiên có thể sẽ để thời gian làm lạnh khuôn lâu hơn bình thường một chút để đảm bảo rằng sản phẩm chắc chắn được làm lạnh trước khi đưa ra ngoài. Sau đó thời gian này sẽ được giảm dần cho đến khi đạt được thời gian làm lạnh ngắn nhất nhưng vẫn đảm bảo có được một sản phẩm OK.

Cách tính khác là bạn có thể sử dụng CEA để dự đoán được thời gian làm mát của khuôn. Tuy nhiên, ở VN  rất ít thông tin về phần mềm này và bản thân mình cũng chưa ứng dụng bao giờ nên cái này bạn tự tìm hiểu thêm nhé.

Mô phỏng đường nước trong khuôn bằng phần mềm moldflow

Còn một cách là áp dụng công thức tính được Keizo Mitani phát triển trong cuốn “Molds for Injection Molding” nổi tiếng trong giới làm khuôn Nhật Bản ấn hành năm 1997. Công thức đó như sau:

trong đó:

• t la là thời gian làm mát (giây) liên quan đến nhiệt độ trung bình của độ dày của thành sản phẩm;
• s là độ dày thành (mm) của sản phẩm đúc;
• α là tốc độ khuếch tán nhiệt của nhựa ở nhiệt độ bề mặt khoang (mm2 / sec),
• α = λ / (c • ρ); λ là hệ số dẫn nhiệt của nhựa (kcal / m • h • ° C);
• c là nhiệt dung riêng của nhựa (kcal / kg • ° C);
• ρ là mật độ của nhựa (kg / m3);
• θr là nhiệt độ của nhựa nóng chảy (° C);
• θe là nhiệt độ cho phép để đưa sản phẩm ra khỏi khuôn (° C);
• θm là nhiệt độ bề mặt khoang (° C).

Nói chung là công thức này chỉ thích hợp với những bạn làm đồ án môn học hoặc nghiên cứu chuyên sâu thôi chứ trong thực tế thì người ta chỉ dựa vào kinh nghiệm của người đứng máy. Một khi bạn ra đi làm bạn sẽ thấy rằng dù bạn làm việc trong công ty của Nhật hay Châu Âu đi chăng nữa thì kinh nghiệm của con người vẫn là thứ mà không máy móc hay công thức nào có thể thay thế hoàn toàn được. Do vậy, để có thể trở thành chuyên gia của một việc gì đó thì cách nhanh nhất là hãy làm việc đó hàng trăm, hàng ngìn lần. Bạn không tin có thể đưa một sản phẩm bất kỳ cho một người đứng máy ép nhựa 10 năm kinh nghiệm họ sẽ chỉ cho bạn biết thời gian làm lạnh cần thiết của sản phẩm đó là bao nhiêu.

Kết:

Đối với người thiết kế khuôn ép nhựa thì việc biết được nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nóng chảy của nhựa là rất cần thiết. Việc bố trí các đường nước làm mát sao cho thích hợp cũng rất quan trọng để giảm bớt thời gian làm mát và rút ngắn chu kỳ ép phun. Đặc biệt với những loại nhựa có nhiệt độ làm lạnh thấp thì hệ thống đường nước càng phải đặc biệt chú trọng. Việc đi đường nước hợp lý bạn còn có thể điều chỉnh được sự biến dạng do co rút của nhựa. Bạn có thể dự đoán được các hướng tạo hình của sản phẩm khi có hệ thống đường nước làm mát trong khuôn bằng phẩn mềm moldflow.

• Download moldflow 2012 Full Crack
• Tự học moldflow để thiết kế khuôn nhựa

Những chia sẽ trong bài viết này được đúc kết từ kinh nghiệm bản thân và tham khảo thông tin trên internet và sách báo về khuôn. Mình mong các bạn sẽ đóng góp kinh nghiệm của các bạn vào để bài viết hoàn thiện hơn. Mình chia sẽ cho bạn và mình cũng mong nhận lại được những từ bạn để chúng ta cùng chia sẽ chia sẽ những điều tốt đẹp nhất cho người Việt Nam chúng ta. Cảm ơn bạn đã đọc bài viết.

(*) Tham khảo: “Molds for Injection Molding” của Keizo Mitani, Sigma Publications, 1997 (Tiếng Nhât)

Admin

Chào bạn, Cảm ơn bạn đã ghé thăm website. Mình là Bill Nguyen – sáng lập và điều hành www.moldviet.com. Đây là dự án tâm huyết chuyên chia sẽ kiến thức về khuôn mẫu. Cùng với MOLD VIET TEAM – bọn mình đã hỗ trợ 24/7, chia sẽ hàng trăm bài hướng dẫn thiết kế khuôn nhựa – sử dụng phần mềm và nhiều tài liệu quý hiếm miễn phí cho mọi người. Nếu bạn thấy bài viết hữu ích với bạn thì hãy chia sẽ bài viết này lên MXH để ủng hộ bọn mình nhé. Nút chia sẽ ở ngay bên dưới. Thân/