Khuôn ép phun xếp chồng là một loại khuôn ép mới có hiệu suất cao, nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng-và đang dần được quảng bá và sử dụng ở nước tôi. Không giống như các khuôn thông thường, các khoang của khuôn ép xếp chồng được phân bố thành hai lớp trở lên, được sắp xếp chồng lên nhau, về cơ bản là kết hợp nhiều bộ khuôn.
Thông thường, khi sử dụng máy ép phun với khuôn thông thường, lượng phun và hành trình mở khuôn chỉ được sử dụng ở mức 20%-40% công suất định mức, không phát huy hết công suất của máy. So với khuôn thông thường, khuôn ép xếp chồng chỉ tăng lực kẹp từ 5% -10% nhưng có thể tăng sản lượng lên 90% -95%, cải thiện đáng kể việc sử dụng thiết bị và năng suất đồng thời giảm chi phí.
Khuôn ép phun xếp chồng phù hợp nhất để đúc các bộ phận lớn, phẳng, các bộ phận vỏ có khoang-nông, các bộ phận có vách mỏng-có nhiều khoang{2}}nhỏ và các bộ phận cần sản xuất hàng loạt.
I. Những cân nhắc về thiết kế cho khuôn ép phun xếp chồng
Khuôn ép phun xếp chồng, là một loại công nghệ khuôn mới, đã trải qua quá trình phát triển liên tục, đặc biệt là với sự tích hợp của công nghệ dòng nóng, khiến nó trở thành-công nghệ tiên tiến trong quá trình phát triển khuôn nhựa ngày nay. Các lý thuyết thiết kế khuôn truyền thống không còn áp dụng được cho thiết kế khuôn phun xếp chồng lên nhau. Do đó, nhu cầu cấp thiết là phải phát triển một lý thuyết thiết kế khuôn hoàn toàn mới để hướng dẫn thiết kế khuôn ép xếp chồng. Phần sau đây sẽ giải thích các điểm thiết kế chính của khuôn ép xếp chồng.
1. Khối lượng phun tối đa của máy ép phun
Khuôn ép phun xếp chồng có thể sử dụng đường chạy nguội hoặc đường chạy nóng. Khi sử dụng đường dẫn nguội, cần phải xem xét lượng nhựa dùng để hóa rắn trong hệ thống cổng. Khi sử dụng đường dẫn nóng để đạt được khả năng tạo ra quá trình đông đặc không quay trở lại, vật liệu trong tấm dẫn nóng và vòi phun chính ở giữa không ảnh hưởng đến lượng phun cần thiết của khuôn và có thể bỏ qua. Do đó, lượng phun tối đa của máy ép phun phải được xác định tùy theo từng trường hợp.
2. Áp suất phun của máy ép phun
Việc xác minh áp suất phun chủ yếu kiểm tra xem áp suất phun có đáp ứng được yêu cầu đúc hay không. Đối với các khuôn ép phun xếp chồng, chủ yếu tạo khuôn các bộ phận bằng nhựa-có thành mỏng với diện tích hình chiếu lớn và đường dẫn dòng chảy dài, cần có áp suất phun và tốc độ phun cao hơn trong quá trình đổ đầy. Khuôn chạy nóng, nhờ công nghệ chạy nóng, có thể truyền áp suất phun tốt hơn so với khuôn chạy nguội, do đó yêu cầu áp suất phun thấp hơn. Tuy nhiên, do đường dẫn dòng chảy và diện tích hình chiếu tăng lên nên chúng yêu cầu áp suất phun cao hơn so với khuôn chạy nguội một lớp. Khi xác minh áp suất phun, áp suất phun của bộ phận nhựa phải được xác định dựa trên quy trình ép phun của các loại nhựa khác nhau và phân tích dòng mô phỏng máy tính, sau đó so sánh với áp suất phun định mức của máy ép phun.
3. Lực kẹp tối đa của máy ép phun
Các khoang của khuôn ép phun xếp chồng được sắp xếp "ngược lại", về mặt lý thuyết cho phép đạt được bất kỳ số lượng ngăn xếp nào trên cùng một máy ép phun mà không cần tăng lực kẹp. Tuy nhiên, do vòi phun chính trung tâm và ống góp của khuôn phun xếp chồng làm tăng kênh dòng chảy nên diện tích hình chiếu của phần nhựa cộng với hệ thống cổng trên bề mặt phân chia sẽ lớn hơn. Hơn nữa, rãnh dẫn kéo dài do việc xếp chồng dẫn đến tổn thất áp suất lớn hơn so với khuôn một lớp thông thường, dẫn đến áp suất phun và áp suất khoang tăng tương ứng. Vì vậy lực kẹp tăng lên. Khi kiểm tra lực kẹp, tăng thêm 10%{9}}15% so với khuôn một lớp tương tự là tương đối an toàn.
4. Hành trình mở máy ép phun
Các bộ phận khuôn ép được xếp chồng lên nhau và đẩy phần nhựa ra ở hai cấp độ. Khi xác minh hành trình mở, đối với máy ép phun sử dụng cơ cấu kẹp cơ khí{1}}thủy lực, không cần phải xem xét độ dày khuôn. Tuy nhiên, khi khuôn ép xếp chồng có cơ chế kéo-lõi tách-bên cạnh thì phải xem xét ảnh hưởng của khoảng cách kéo-lõi.
Nếu sử dụng cơ cấu mở khuôn đồng bộ, chẳng hạn như bánh răng và giá đỡ hoặc thiết bị mở khuôn thanh kết nối-có cùng tỷ số truyền, thì hành trình của mỗi lớp trong khuôn ép xếp chồng không bị giới hạn bởi chiều cao của sản phẩm. Hành trình mở khuôn của nó gấp N lần hành trình mở tối đa của lớp trong khuôn nhiều{2}}lớp (N là số lớp trong khuôn ép xếp chồng).
5. Chiều dài vòi phun chính
Vòi chính ở giữa không được quá dài hoặc quá ngắn. Điều này đảm bảo rằng khi khuôn đóng lại, vòi phun chính ở giữa sẽ không vượt quá khoảng cách tối đa mà vòi phun của máy ép phun có thể rút lại hoặc tiến lên trên đế máy. Do vòi phun chính giữa di chuyển cùng với phần giữa của khuôn trong quá trình chia khuôn nên cần đảm bảo rằng vòi phun chính giữa vẫn nằm trong phần khuôn cố định sau khi mở khuôn để tránh tràn từ đầu vòi phun chính giữa xuống thành khoang khuôn cố định.
6. Hệ thống cổng
Các khuôn ép phun xếp chồng có thể sử dụng hệ thống cổng dẫn hướng thông thường (tức là hệ thống cổng dẫn dòng lạnh) hoặc hệ thống cổng dẫn dòng nóng. Hệ thống cổng dẫn nóng có thể truyền áp suất phun một cách hiệu quả, cải thiện chất lượng đúc của các bộ phận nhựa và tạo điều kiện cho quá trình sản xuất tự động. Tuy nhiên, họ có những yêu cầu nhất định liên quan đến loại nhựa được sử dụng và hệ thống đường dẫn nóng rất đắt tiền. Khi sử dụng hệ thống chạy nguội, chất lượng đúc của các bộ phận bằng nhựa sẽ thấp hơn một chút, nhưng việc xử lý khuôn dễ dàng hơn, dẫn đến chi phí thấp hơn. Vì vậy, việc lựa chọn hệ thống cổng phụ thuộc vào hoàn cảnh cụ thể.
7. Hệ thống kiểm soát nhiệt độ khuôn
Nhiệt độ khuôn là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng đúc của các bộ phận nhựa. Trong thiết kế khuôn ép xếp chồng, điều cần thiết là phải đảm bảo kiểm soát nhiệt độ nhất quán trong từng khoang. Đối với các khuôn ép nhựa chạy nóng xếp chồng lên nhau, để giảm thất thoát nhiệt do dẫn nhiệt, cần giảm thiểu diện tích tiếp xúc giữa khuôn và tấm chạy nóng và lắp đặt các tấm cách nhiệt thích hợp.
8. Cơ chế mở khuôn
Để đảm bảo độ co đồng đều của các bộ phận nhựa, thời gian lưu trú (thời gian làm mát) của các bộ phận nhựa trong mỗi khoang phải bằng nhau. Do đó, khuôn ép xếp chồng phải đảm bảo rằng các bề mặt phân chia của từng khoang mở đồng thời. Cơ cấu truyền bánh răng và giá đỡ cũng như cơ cấu liên kết cơ học thường được sử dụng làm cơ cấu mở trong khuôn phun xếp chồng. Cái trước mang lại hiệu suất kỹ thuật tốt hơn và kinh tế hơn, nhưng cái sau mang lại tính linh hoạt cao hơn. Việc mở khuôn có hỗ trợ-thủy lực giúp kiểm soát thời gian mở dễ dàng hơn nhưng cấu trúc lớn hơn.
9. Cơ chế đúc khuôn
Dựa trên yêu cầu về thời gian làm mát bằng nhau, các khuôn ép xếp chồng phải đẩy các bộ phận nhựa trong mỗi khoang ra đồng thời. Cơ chế tháo khuôn không khí áp suất cao hoặc lò xo-có thể đạt được điều này.
II. Phát triển và ứng dụng khuôn ép phun xếp chồng trong và ngoài nước
Ngay từ tháng 12 năm 1940, KNOWLESER đã nhận được bằng sáng chế cho khuôn xếp chồng lên nhau. Khuôn ép phun xếp chồng ngày nay không chỉ rẻ hơn so với khuôn một lớp-truyền thống mà còn tăng tính linh hoạt cho ứng dụng của chúng. Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu và phát triển, khuôn ép phun xếp chồng đã phát triển thông qua những thay đổi về cấu trúc, bao gồm khuôn ép phun hai lớp-người chạy nguội, khuôn ép phun hai lớp-người chạy nóng, khuôn ép phun xếp chồng 3-lớp hoặc 4 lớp, khuôn ép phun xếp chồng người chạy nóng có cổng góc phải và khuôn ép phun xếp chồng quay.
1. Xu hướng phát triển của khuôn ép xếp chồng ở nước ngoài
Công nghệ khuôn ép xếp chồng đã bắt đầu sớm hơn và tương đối trưởng thành ở nước ngoài. -các công ty sản xuất khuôn ép xếp chồng nổi tiếng bao gồm Tradesco, Ferrotikik Milacron, Foboha và Engel. Do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ Á hậu nóng ở nước ngoài, công nghệ khuôn phun xếp chồng Á hậu nóng được sử dụng rộng rãi ở nước ngoài. Hơn nữa, các nước phát triển đang đi đầu trong các công nghệ khuôn phun xếp chồng mới và công nghệ khuôn phun xếp chồng quay được phát triển gần đây đã mở rộng khả năng ứng dụng của khuôn phun xếp chồng.
Vào những năm 1960 và 70, một số công ty nước ngoài bắt đầu phát triển khuôn ép phun xếp chồng. Công ty Schottli của Thụy Sĩ là công ty đầu tiên phát triển khuôn ép phun xếp chồng cho các ứng dụng công nghiệp.
Năm 1980, Johnson T. của Đức đã thiết kế khuôn ép phun hai lớp rãnh dẫn lạnh. Khuôn này bao gồm phần khuôn chuyển động, phần khuôn cố định và phần trung gian. Phần trung gian về cơ bản là sự tiếp nối của đường dẫn chính, với các đường dẫn nhánh và hai tấm khoang riêng biệt. Cơ cấu đẩy được lắp đặt ở cả phần khuôn chuyển động và khuôn cố định, sử dụng các phương pháp cơ học, thủy lực hoặc khí nén để đẩy phần nhựa ra.
Năm 1989, D. Gener và Wiesbaden-Delkheim đã thiết kế khuôn ép phun hai lớp-đường chạy nóng. Nó cũng bao gồm phần khuôn chuyển động, phần khuôn cố định và phần trung gian. Phần trung gian bao gồm đường dẫn nóng, vòi phun nóng để nạp nguyên liệu vào các khoang và hai tấm khoang chứa thành phẩm.
Năm 1991, Rozema H. của Tradesco Die & Mold đã thiết kế một khuôn ép phun xếp chồng bốn-lớp. Khuôn này, dựa trên khuôn ép phun hai lớp đường chạy nóng, đã mở rộng đường chạy nóng và thêm phần trung gian, mở rộng số lớp đúc lên bốn, do đó tăng năng suất gấp bốn lần.
Năm 1992, Hiroo Kasui và Motoo Yamamoto của Nhật Bản đã phát minh ra khuôn ép phun ống dẫn nóng với các vòi phun nóng phân bố không đối xứng. Tuy nhiên, thiết kế đường dẫn hợp lý có thể kiểm soát dòng chảy nóng chảy trong khoang khuôn để đạt được trạng thái cân bằng.
2. Động lực phát triển của khuôn ép chồng ở Trung Quốc
Công nghệ khuôn phun chồng chỉ dần dần được đưa vào ngành khuôn mẫu nước ta vào cuối những năm 1980. Do đó, công nghệ khuôn ép ngăn xếp ở nước tôi bắt đầu tương đối muộn và tỷ lệ khuôn ép ngăn xếp chạy nóng được sử dụng trong sản xuất là nhỏ. Có một khoảng cách nhất định trong thiết kế và ứng dụng so với công nghệ khuôn ngăn xếp tiên tiến của nước ngoài, và trong một số lĩnh vực kỹ thuật (chẳng hạn như khuôn ép phun ngăn quay), Trung Quốc vẫn còn là một bảng trắng. Vì vậy, trước sự cạnh tranh khốc liệt của thị trường, nước ta phải nhanh chóng cải tiến công nghệ khuôn ép chồng để giành thế chủ động trên thị trường quốc tế và đảm bảo sự sống còn của doanh nghiệp.
Vào năm 1990, Li Shuzan của Nhà máy Nhựa No{1}} Bắc Kinh đã đề xuất một thiết kế kết cấu cho khuôn ép phun khoang kép-sử dụng cổng nạp-bên. Khuôn này làm giảm số lượng bề mặt phân chia khuôn so với việc nạp khuôn-điểm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở khuôn tuần tự. Tuy nhiên, nó không đáng tin cậy khi đúc các khoang sâu hoặc các bộ phận cần lực đúc đáng kể.
Năm 1992, Bu Jianxin của Trường Công nghiệp nhẹ Thường Châu đã giới thiệu khuôn ép phun khoang kép-sử dụng cả hai cổng bên và cổng điểm-. Khoang trên sử dụng nguồn cấp dữ liệu cổng bên và khoang dưới sử dụng nguồn cấp dữ liệu cổng điểm. Việc phân chia tuần tự được thực hiện bằng cách sử dụng các móc giới hạn và các tấm giới hạn, cho phép tạo khuôn các loại bộ phận nhựa khác nhau.
Vào năm 1995, Yi Qing đã thiết kế một khuôn ép phun khoang kép-đặc biệt với hệ thống đường dẫn chính hai-giai đoạn. Đường ray chính của giai đoạn-đầu tiên có rãnh chìm ở phía trên. Trục ép khuôn chuyển động dẫn động tấm đẩy của khuôn cố định để đẩy phần nhựa ra thông qua bộ truyền động xích. Nhược điểm của nó bao gồm nhu cầu mở rộng vòi phun của máy ép phun đến khuôn cố định để phun ống lót dẫn chính và hệ thống cổng cồng kềnh.
Năm 1997, Li Shu và Chuan Chengzhi đã thiết kế khuôn ép phun dòng nóng hai lớp- để sản xuất dải đệm kín cửa và cửa sổ ô tô. Khuôn này đi vòng qua tâm và chuyển nhựa nóng chảy từ mép khuôn sang tấm chạy. Khuôn có thể đúc hai bộ bộ phận nhựa trong một chu kỳ phun, mỗi bộ chứa bốn dải niêm phong (trước, sau, trái và phải). Tám dải niêm phong được sử dụng trên hai ô tô có thể được đúc trong một thao tác.
Vào năm 1999, Wang Yuexing của Tập đoàn Chiết Giang Weixing đã thiết kế khuôn ép phun hai lớp-loại nửa-hiệu suất cao. Nó dùng chung một cặp khối nửa thanh trượt, dẫn đến cấu trúc khuôn đơn giản, chi phí sản xuất thấp hơn, số lượng khoang gấp đôi, chu kỳ ép phun ngắn hơn và hiệu quả sản xuất cao hơn.
Năm 2000, Feng Xiaozhong và cộng sự. đã giới thiệu khuôn ép phun hai lớp-có cổng chìm cho nắp thủy tinh đựng rượu. Khuôn này cho phép-tách từng lớp bộ phận nhựa khỏi vật liệu đông đặc của đường dẫn trong khuôn và các bề mặt phân chia của mỗi lớp có thể được đẩy ra đồng thời. Điều này giúp đơn giản hóa cấu trúc khuôn, giảm yêu cầu về khoảng cách chia khuôn và tạo điều kiện cho quá trình sản xuất tự động. Tuy nhiên, nó đòi hỏi độ tin cậy cao của các bộ phận nhựa còn lại trong khuôn và ống lót dẫn chính lõm sâu. Vào năm 2003, Yan Yalin và Huang Xiaoyan đã thiết kế một khuôn ép phun xếp chồng kênh dẫn nóng có cổng góc phải. Khuôn này đã thay đổi vị trí của cổng, đặt nó ở giữa vuông góc với hướng mở khuôn. Mặc dù yêu cầu máy ép phun góc vuông, nhưng nó đã loại bỏ nhu cầu mở rộng đường dẫn nóng, giảm khoảng cách mà nhựa nóng chảy di chuyển từ vòi phun đến ống góp và đơn giản hóa thiết kế cấu trúc.
Năm 2004, Chen Jianling, Liu Tinghua và những người khác đã thiết kế khuôn xếp chồng theo đường chạy nóng cho hộp đóng gói CD. Sử dụng-các thanh giằng có khoảng cách cố định để mở khuôn tuần tự, nó có cấu trúc nhỏ gọn, tính kinh tế vượt trội, giảm nhân lực, hiệu suất được cải thiện đáng kể và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Năm 2007, Shen Honglei và những người khác đã thiết kế khuôn xếp chồng nóng cho giá đỡ đĩa CD. Khuôn này sử dụng cấu trúc rãnh nóng hai lớp-, sử dụng các bánh răng, giá đỡ và xi lanh thủy lực để đạt được khả năng mở khuôn và đẩy bộ phận ra một cách tuần tự. Các bộ phận được sản xuất đáp ứng các yêu cầu về kích thước và hình thức, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất và giảm đáng kể chi phí sản xuất cũng như tỷ lệ phế liệu.
Năm 2008, Wang Zhenbao và cộng sự. ứng dụng công nghệ CAE vào thiết kế khuôn ép phun xếp chồng. Bằng cách sử dụng phần mềm phân tích Moldflow, họ đã mô phỏng linh hoạt quá trình đúc của khuôn xếp chồng bảng điều hòa không khí bằng cách phân tích quá trình đổ đầy nhựa, áp suất giữ và làm mát. Họ đã phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình đúc và tối ưu hóa các thông số của quy trình.
III. Phần kết luận
Sử dụng khuôn ép phun xếp chồng, đặc biệt là khuôn ép phun xếp chồng nóng, có thể tận dụng tối đa khả năng của máy ép phun, tiết kiệm nhân lực và tài nguyên thiết bị, đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất đáng kể. Mặc dù khuôn ép xếp chồng có chi phí thiết kế và sản xuất cao hơn nhưng những cải tiến trong các lĩnh vực sau có thể giảm đáng kể chi phí khuôn và mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng:
1. Cải thiện lý thuyết thiết kế khuôn ép xếp chồng và rút ngắn chu trình R&D;
2. Kéo dài tuổi thọ của các bộ phận cốt lõi (như bộ phận làm nóng và bộ phận kiểm soát nhiệt độ);
3. Làm cho khuôn ép xếp chồng lên nhau tương thích với thiết bị ép phun thông thường;
4. Sử dụng công nghệ CAD/CAE/CAM để thiết kế, phân tích và sản xuất nhằm tối ưu hóa cấu trúc khuôn;
5. Tiêu chuẩn hóa và thương mại hóa các bộ phận chung của khuôn ép xếp chồng;
6. Cải thiện khả năng truyền áp suất để phù hợp cho việc sản xuất các bộ phận bằng nhựa có thành dày;
7. Tối ưu hóa các thông số quy trình ép phun xếp chồng;
8. Đạt được sự tự động hóa hoàn toàn của quá trình ép phun xếp chồng.
