Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của khuôn ép nhựa

Đăng bởi: Tinh Hà

Danh mục: Tin kỹ thuật

Khuôn ép nhựa được ứng dụng rất phổ biến để tạo ra các sản phẩm nhựa phục vụ cho đời sống, giao thông vận tải, điện – điện tử, xây dựng cho đến quốc phòng, hàng không… Dựa theo kết cấu khuôn ép nhựa được chia thành khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm, khuôn nhiều tầng,… Không chỉ yêu cầu cao về độ chính xác, khuôn ép nhựa còn phải có tính thẩm mỹ, độ bền cao, đảm bảo năng suất.

Khuôn ép nhựa là gì?

Khuôn ép nhựa là dụng cụ dùng để tạo hình sản phẩm nhựa, được thiết kế dựa theo hình dạng của sản phẩm, gồm nhiều chi tiết lắp với nhau để hình thành một không gian rỗng mà ở đó nhựa dạng lỏng được phun vào, rồi được làm nguội tạo ra thành phẩm. 

Hình dạng và kích thước của sản phẩm sẽ quyết định kích thước và kết cấu của khuôn ép nhựa. Năng suất và sản lượng sản phẩm là yếu tố lớn ảnh hưởng đến thiết kế khuôn, nếu yêu cầu sản xuất hàng loạt nhỏ thì không cần đến khuôn nhiều lòng hoặc khuôn có kết cấu cao cấp, nhưng nếu là sản xuất lớn thì cần yêu cầu thiết kế khuôn ép nhựa phức tạp hơn.

Một khuôn ép nhựa được làm ra cần trải qua hai quy trình chính là thiết kế khuôn mẫu và gia công khuôn mẫu. Trong đó để tính toán thiết kế khuôn thì cần dựa vào bản vẽ thiết kế hoàn chỉnh về sản phẩm. 

Yêu cầu kỹ thuật chung của khuôn ép nhựa:

• Phải đạt được độ chính xác về kích thước, hình dáng biên dạng sản phẩm.

• Cần đảm bảo được độ bóng cần thiết cho cả lòng khuôn và lõi.

• Đảm bảo chính xác về vị trí tương quan giữa 2 nửa khuôn.

• Độ cứng của khuôn cần được đảm bảo để khi làm việc tất cả các bộ phận của khuôn không được biến dạng hoặc lệch khỏi vị trí dưới lực ép lớn.

• Khuôn phải có hệ thống làm lạnh để đảm bảo cho lòng khuôn luôn giữ được nhiệt độ ổn định giúp vật liệu dễ lấp đầy lòng khuôn cũng như định hình nhanh chóng.

• Khuôn cần được chế tạo bằng vật liệu có tính chống mòn cao và dễ gia công.

• Kết cấu khuôn cần hợp lý, không quá phức tạp, phù hợp với khả năng công nghệ thực tế.

• Cần đảm bảo rằng sản phẩm được lấy ra khỏi khuôn một cách dễ dàng.

Cấu tạo của khuôn ép nhựa

Khuôn ép nhựa bao gồm hai phần chính là phần di động (khuôn đực) và phần cố định (khuôn cái).

• Phần cố định (khuôn cái): phần này được gắn vào thành máy ép nhựa và sẽ luôn luôn cố định tại vị trí được gắn trong suốt quá trình phun ép. Hệ thống vòi phun vật liệu nhựa nóng chảy vào lòng khuôn được nối với phần cố định này của khuôn.

• Phần đi động (khuôn đực): phần này thực hiện các chuyển động đóng khuôn để ép sản phẩm và mở khuôn để lấy sản phẩm. Một hệ thống pin đẩy được thiết kế tại phần khuôn di động để đẩy sản phẩm ra ngoài.

Hai phần chính trên của khuôn ép được cấu thành từ 17 bộ phận cơ bản trong kết cấu của khuôn ép nhựa (như trong hình trên), với các chức năng như sau:

1. Tấm kẹp trước: dùng để kẹp vào phần cố định của thành máy. Hình vẽ mô tả rõ tấm kẹp trước có chiều rộng nhô ra so với các tấm khuôn khác, chính phần nhô ra này là phần dùng để kẹp khuôn.

2. Tấm cố định (tấm khuôn cái): tấm này là phần khuôn cố định.

3. Bạc cuốn phun: có chức năng dẫn nhựa dạng lỏng từ đầu phun của máy ép vào khuôn (đầu tiên là dẫn nhựa vào các kênh dẫn)

4. Vòng định vị: dùng để định vị khuôn với thành máy, đảm bảo cho đầu phun của máy ép định vị chính xác với vị trí tương ứng của bạc cuống phun. Bộ phận này có dạng vòng tròn, nhô cao hơn mặt trên của tấm kẹp trước để đặt vừa vào lỗ tương ứng trên thành máy.

5. Vít lục giác: giúp cố định tấm kẹp và tấm khuôn với nhau.

6. Đường nước: là hệ thống làm mát của khuôn, còn có chức năng giữ nhiệt độ khuôn trong quá trình gia nhiệt đối với nhựa có nhiệt độ nóng chảy thấp.

7. Tấm di động (tấm khuôn đực): là tấm khuôn phía phần di động.

8. Tấm lót: giúp tăng độ cứng vững cho khuôn phần di động, tấm này chỉ dùng khi tấm di động quá mỏng.

9. Gối đỡ: gồm 2 tấm 2 bên tạo thành một cặp, có tác dụng trợ lực cho tấm di động đồng thời tạo không gian trống để bố trí hệ thống đẩy.

10. Tấm kẹp pin: giữ hệ thống pin đẩy không trượt ra ngoài trong quá trình khuôn hoạt động.

11. Tấm đẩy pin: tấm này nối với lõi đẩy của máy ép, có chức năng đẩy hệ thống pin đẩy.

12. Tấm kẹp sau: dùng kẹp phần di động của máy ép nhựa.

13. Pin đẩy: có công dụng đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.

14. Lò xo: đẩy hệ thống đẩy hồi trở lại để chuẩn bị cho chu kỳ ép phun kế tiếp.

15. Chốt hồi: giúp dẫn hướng tấm kẹp và tấm đẩy di chuyển tịnh tiến theo đúng hướng để chúng không bị trượt ra ngoài, đồng thời cũng bảo vệ dàn pin đẩy không bị cong trong quá trình đẩy sản phẩm và lùi về.

16. Bạc dẫn hướng: giúp chốt dẫn hướng dễ dàng di chuyển và định vị.

17. Chốt dẫn hướng: giúp 2 phần di động và cố định của khuôn được định vị chính xác trong suốt quá trình đóng khuôn.

Các bộ phận trên lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn, bao gồm:

• Hệ thống dẫn hướng và định vị: bao gồm chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, định vị lõi, định vị vỏ khuôn… có chức năng giữ đúng vị trí làm việc của phần khuôn di động và cố định khi ép vào nhau để tạo lòng khuôn chính xác.

• Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: bao gồm bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa và cổng phun có chức năng cung cấp nhựa nóng chảy từ đầu phun máy ép nhựa đưa vào lòng khuôn.

• Hệ thống slide (bệ trượt): bao gồm lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên, xy lanh thủy lực,… có công dụng tháo những phần không thể tháo ra được ngay theo hướng mở của khuôn.

• Hệ thống đẩy sản phẩm: bao gồm các chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ, khối đỡ,… có chức năng đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi ép xong.

• Hệ thống thoát khí: bao gồm các rãnh thoát khí, van thoát khí có nhiệm vụ đưa không khí tồn đọng trong lòng khuôn ra ngoài, đảm bảo cho nhựa điền đầy lòng khuôn và các sản phẩm không bị bọt khí hoặc bị cháy khét, thiếu liệu.

• Hệ thống làm nguội: bao gồm đường nước, rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối,… có nhiệm vụ điều hòa nhiệt độ khuôn và làm nguội sản phẩm nhanh chóng. 

• Hệ thống Hot runner: còn gọi là hệ thống kênh dẫn nóng.

Các bộ phận khuôn sẽ cần đến những bulong, đai ốc để cố định các tấm khuôn, các thành phần bộ phận khuôn lại với nhau.

Đối với khuôn ép nhựa 3 tấm sẽ có thêm một tấm giữa kết nối với phần di động và cố định. Khuôn ép 3 tấm được dùng trong hệ thống kênh dẫn nguội. Kênh dẫn nguội (runner) được bố trí trên 2 mặt phẳng và khi mở khuôn ra sẽ có 2 khoảng mở. Một khoảng mở để lấy sản phẩm ra và khoảng mở còn lại để lấy kênh dẫn ra ngoài. Sản phẩm được lấy ra ngoài nhờ hệ thống pin đẩy nằm phía bên phần khuôn di động. Kênh dẫn được lấy ra ngoài nhờ vào tấm giật đuôi keo được bố trí phía bên cố định để tách runner ra khỏi sản phẩm.

Khuôn ép nhựa 3 tấm được dùng khi cần phải bố trí cổng nhựa ở trung tâm hoặc nhiều cổng nhựa cho các đường chảy riêng vào lòng khuôn. Đối với những chi tiết vách mỏng có dòng chảy nhựa rộng và dài sử dụng point gate. 

Do sự phức tạp và tốn kém nên khuôn ép 3 tấm thường ít được sử dụng, người thiết kế cũng sẽ luôn tối ưu hóa quá trình sản xuất khuôn bằng cách thiết kế khuôn ép nhựa 2 tấm.

Phân loại khuôn ép nhựa

Khuôn 2 tấm

Đây là loại khuôn được sử dụng phổ biến nhất, và nó có kết cấu giống như đã nói ở trên. Khuôn 2 tấm còn được gọi là khuôn một khoảng sáng do khi lấy sản phẩm thì chỉ có một khoảng sáng, khi sản phẩm ra khỏi khuôn nó dính liền với kênh dẫn nhựa và cổng nhựa do đó cần phải có một công đoạn khác để tách lấy riêng sản phẩm. Khuôn 2 tấm có ưu điểm là dễ sử dụng và tiết kiệm vật liệu do kênh nhựa ngắn.

Khuôn 3 tấm

Khuôn 3 tấm khi mở sẽ có 2 khoảng sáng, một khoảng để lấy sản phẩm, một khoảng để lấy kênh dẫn nhựa. Kênh nhựa và cổng nhựa sẽ tự động được tách ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn. Loại khuôn 3 tấm tốn vật liệu do kênh dẫn nhựa dài.

Khuôn nhiều tầng

Kết cấu của khuôn ép nhựa nhiều tầng thường có 3 cụm khuôn, trong đó cụm khuôn ở giữa có cả hai mặt là lòng khuôn. Khi khuôn mở ra sẽ tạo ra 2 khoảng không gian trống và cả hai khoảng này đều để sản phẩm rơi ra. Khuôn nhiều tầng phù hợp khi cần chế tạo số lượng lớn giản phẩm, nó cũng giúp giảm lực kẹp của máy, tuy nhiên hệ thống đẩy lại phức tạp.

Khuôn tháo chốt ngang

Thường các sản phẩm nhựa được đẩy ra khỏi khuôn theo phương đóng mở khuôn. Tuy nhiên thì nếu các sản phẩm có lỗ ngang hoặc hõm ngang thì không thể đẩy sản phẩm ra như trên được. Muốn lấy sản phẩm ra thì cần phải rút các chi tiết tạo hõm ngang hay lỗ ngang ra trước. Để lắp và tháo chốt ngang thì có thể sử dụng chuyển động mở khuôn thông qua việc dùng chốt xiên hoặc dùng xylanh thủy lực tạo chuyển động ngang độc lập với việc mở khuôn. Chính vì cơ cấu này nên được gọi là khuôn tháo chốt ngang.

Nguyên lý hoạt động của khuôn ép nhựa

Trước hết khuôn được đóng lại đúng vị trí nhờ vào hệ thống dẫn hướng và định vị. Khi khuôn đã ở trạng thái đóng, đầu phun nhựa sẽ phun nhựa nóng chảy vào bạc phun qua kênh dẫn nhựa đi vào lòng khuôn và điền đầy lòng khuôn tạo hình sản phẩm.

Khi nhựa đã được điền đầy vào lòng khuôn, máy ép vẫn giữ ở trạng thái đóng khuôn để làm nguội sản phẩm nhờ vào hệ thống làm nguội. Khi nhựa đã định hình sản phẩm, phần khuôn di động sẽ được kéo ra để mở khuôn, tạo không gian trống cho quá trình lấy sản phẩm. 

Lúc này, hệ thống đẩy sản phẩm sẽ hoạt động và các pin đẩy sẽ tác dụng lực lên sản phẩm để đẩy sản phẩm rơi ra ngoài. Khi sản phẩm đã được đẩy rơi ra, hệ thống đẩy sẽ hồi về một phần nhờ lò xo, tuy nhiên vẫn còn một khoảng cách so với vị trí ban đầu.

Cuối quy trình ép nhựa, khuôn được đóng lại, phần di động sẽ tác dụng lực đẩy vào chốt hồi, chốt hồi sẽ tác dụng lực lên các tấm đẩy, đẩy hệ thống đẩy về vị trí ban đầu. Khuôn được đóng đúng vị trí và tiếp tục cho một quy trình ép mới.

Các khuôn ép nhựa để hoạt động cần được lắp đặt trong các máy ép nhựa. Máy ép nhựa cũng có nhiều loại như máy nghiêng, máy dọc hay máy ép nhựa mini. Năng suất sản xuất các sản phẩm nhựa bằng ép phun cũng phụ thuộc vào công suất máy ép nhựa.

Trên đây là nội dung về khuôn ép nhựa mà Tinh Hà chia sẻ tới các bạn. Rất mong với bài viết này, các bạn sẽ hiểu rõ hơn về khuôn ép nhựa, cũng như cấu tạo, các loại khuôn ép nhựa phổ biến và nguyên lý hoạt động của chúng.

Tinh Hà phân phối đa dạng các dụng cụ cắt gọt và thiết bị đo lường phục vụ cho quá trình gia công, chế tạo các khuôn ép nhựa nói riêng và các loại khuôn mẫu nói chung. Ngay bây giờ các bạn có thể tìm hiểu thêm thông tin trên website tinhha.com.vn này của chúng tôi.