Quá trình ép phun đề cập đến phương pháp sản xuất bán thành phẩm có hình dạng cụ thể thông qua các hoạt động như tạo áp suất, bơm, làm mát và đẩy nguyên liệu thô nóng chảy. Quá trình này là nguồn sản xuất các sản phẩm bao bì mỹ phẩm của công ty. Chất lượng của những bán thành phẩm này quyết định tính ổn định của các quy trình tiếp theo và chất lượng sản phẩm cuối cùng, khiến đây trở thành một quy trình quan trọng để tối đa hóa lợi nhuận của công ty.
Trong những năm qua, các chuyên gia ép phun đã vượt qua nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc giải quyết các lỗi thường gặp ở sản phẩm có thành mỏng hoặc dày-chẳng hạn như độ co ngót, đường hàn, vết chảy, bọt khí, đốm sáng bóng và cong vênh. Tóm lại, quá trình ép phun chủ yếu tập trung vào việc giải quyết hai khía cạnh sau:
I. Quy trình xử lý
Dòng quy trình bao gồm bốn giai đoạn: làm đầy, đóng gói, làm mát (làm dẻo) và đẩy ra. Những công đoạn này trực tiếp quyết định chất lượng đúc của sản phẩm và tạo thành một quy trình hoàn chỉnh, liên tục.
(1) Giai đoạn chiết rót
Đổ đầy là bước đầu tiên trong toàn bộ chu trình ép phun. Quá trình này bắt đầu khi khuôn đóng lại và bắt đầu phun và kết thúc khi khoảng 95% khoang khuôn được lấp đầy. Về mặt lý thuyết, thời gian đổ đầy ngắn hơn sẽ dẫn đến hiệu quả đúc cao hơn. Tuy nhiên, trên thực tế, thời gian đúc hoặc tốc độ phun bị hạn chế bởi nhiều điều kiện, điều này đặc biệt rõ ràng ở các sản phẩm có thành dày.
Tốc độ điền-cao:Trong quá trình làm đầy tốc độ-cao, tốc độ cắt cao. Do hiệu ứng cắt{2}}làm loãng, độ nhớt của nhựa giảm, làm giảm khả năng cản dòng chảy tổng thể. Sự gia nhiệt nhớt cục bộ cũng làm mỏng lớp đông đặc. Vì vậy, trong giai đoạn kiểm soát dòng chảy, phương pháp nạp thường phụ thuộc vào thể tích cần nạp. Trong giai đoạn này, hiệu ứng làm mỏng do cắt{6}}của sự tan chảy thường là đáng kể, trong khi hiệu ứng làm mát của các bức tường mỏng ít được chú ý hơn. Do đó, ảnh hưởng của tốc độ chiếm ưu thế, khiến phương pháp này phù hợp với các sản phẩm có thành mỏng.
Tốc độ nạp-thấp:Trong quá trình làm đầy tốc độ thấp-được kiểm soát- dẫn nhiệt, tốc độ cắt thấp hơn, độ nhớt cục bộ cao hơn và khả năng cản dòng chảy lớn hơn. Do tốc độ bổ sung của nhựa nóng chậm hơn nên dòng chảy diễn ra từ từ hơn, làm cho hiệu ứng dẫn nhiệt rõ rệt hơn. Nhiệt độ nhanh chóng được mang đi bởi các bức tường khuôn lạnh. Cùng với hệ thống sưởi nhớt tối thiểu, lớp đông đặc trở nên dày hơn, tăng thêm khả năng chống dòng chảy ở những khu vực tường mỏng hơn. Do đó, phương pháp đổ đầy này phù hợp với các sản phẩm có thành dày-và cũng có thể được sử dụng khi nhiệt độ khuôn tương đối cao.
(2) Giai đoạn đóng gói
Vai trò của giai đoạn đóng gói là liên tục tạo áp lực để nén nóng chảy và tăng mật độ nhựa, bù đắp cho hiện tượng co ngót nhựa.
Trong quá trình đóng gói, vì khoang khuôn đã được lấp đầy bằng nhựa nên áp suất ngược từ quá trình nóng chảy sẽ cao. Trong quá trình nén chặt, vít máy phun chỉ có thể di chuyển về phía trước một cách chậm rãi với từng bước nhỏ và tốc độ dòng nhựa cũng tương đối chậm. Luồng này được gọi là luồng đóng gói. Trong giai đoạn đóng gói, khi nhựa nguội đi và đông đặc nhanh hơn trên thành khuôn, độ nhớt nóng chảy tăng nhanh, dẫn đến lực cản đáng kể trong khoang khuôn. Trong các giai đoạn đóng gói sau này, mật độ vật liệu tiếp tục tăng lên và phần nhựa dần hình thành. Trạng thái đóng gói phải được duy trì cho đến khi cổng cứng lại và bịt kín. Tại thời điểm này, áp suất khoang đạt giá trị cao nhất trong giai đoạn đóng gói.
Trong quá trình đóng gói, do áp suất tương đối cao nên nhựa có đặc tính chịu nén. Ở những nơi có áp suất cao hơn, nhựa đặc hơn và đặc hơn; ở những vùng có áp suất thấp hơn, nhựa lỏng hơn và ít đặc hơn. Do đó, sự phân bố mật độ thay đổi theo vị trí và thời gian. Trong quá trình đóng gói, tốc độ dòng chảy nhựa cực kỳ thấp và dòng chảy không còn đóng vai trò chủ đạo; áp suất là yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình đóng gói. Vì khoang khuôn đã được lấp đầy bằng nhựa trong quá trình đóng gói, nên sự tan chảy đông đặc dần dần đóng vai trò là môi trường để truyền áp suất. Áp suất trong khoang khuôn được truyền qua nhựa đến bề mặt thành khuôn, có thể giúp cải thiện độ bóng bề mặt của sản phẩm.
(3) Giai đoạn làm nguội (Dẻo hóa)
Trong khuôn ép phun, việc thiết kế hệ thống làm mát là rất quan trọng. Điều này là do sản phẩm nhựa đúc phải có các phân tử nhựa được kết tinh và đông đặc đến độ cứng nhất định để tránh biến dạng do ngoại lực gây ra trong quá trình phóng ra. Vì thời gian làm mát chiếm 70% đến 80% toàn bộ chu trình đúc nên một-hệ thống làm mát được thiết kế tốt có thể rút ngắn đáng kể thời gian đúc và cải thiện năng suất ép phun.
Trong khuôn, nhiệt từ nhựa trong khoang được truyền qua sự dẫn nhiệt qua khung khuôn đến các kênh nước làm mát, sau đó được loại bỏ bằng sự đối lưu nhiệt qua chất lỏng làm mát. Một lượng nhiệt nhỏ không được nước làm mát mang đi sẽ tiếp tục dẫn vào khuôn và cuối cùng tiêu tan vào không khí khi tiếp xúc với môi trường bên ngoài.
Chu trình ép phun bao gồm thời gian đóng khuôn, thời gian đổ đầy, thời gian đóng gói, thời gian làm mát (dưới thời gian nhiệt độ nóng chảy) và thời gian phóng. Trong đó, thời gian làm nguội chiếm tỷ trọng lớn nhất, từ 70% đến 80%. Do đó, thời gian làm mát ảnh hưởng trực tiếp đến độ dài của chu trình đúc sản phẩm nhựa và sản lượng sản xuất.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ làm nguội sản phẩm bao gồm:
Thiết kế của sản phẩm nhựa.
Độ dày thành của sản phẩm nhựa; tường dày hơn dẫn đến thời gian làm mát lâu hơn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến việc làm mát khuôn:
Vật liệu khuôn:Bao gồm vật liệu của lõi khuôn, khoang và đế khuôn, ảnh hưởng lớn đến tốc độ làm mát. Độ dẫn nhiệt của vật liệu khuôn càng cao thì khả năng truyền nhiệt ra khỏi nhựa trên một đơn vị thời gian càng hiệu quả, dẫn đến thời gian làm mát ngắn hơn.
Cấu hình kênh nước làm mát:Các kênh làm mát càng gần khoang, đường kính của chúng càng lớn và số lượng của chúng càng lớn thì hiệu quả làm mát càng tốt và thời gian làm mát càng ngắn.
Tốc độ dòng nước làm mát:Tốc độ dòng chất làm mát cao hơn (thường đạt được dòng chảy rối là lý tưởng) giúp cải thiện khả năng loại bỏ nhiệt thông qua đối lưu nhiệt.
Thuộc tính chất làm mát:Độ nhớt và độ dẫn nhiệt của chất làm mát cũng ảnh hưởng đến hiệu suất truyền nhiệt của khuôn. Độ nhớt của chất làm mát thấp hơn, độ dẫn nhiệt cao hơn và nhiệt độ thấp hơn mang lại hiệu suất làm mát tốt hơn.
Làm mát khuôn có thể sử dụng các thành phần được in-kim loại{1}}ba chiều để tạo ra các cấu trúc kênh làm mát ba chiều-phức tạp nhằm đạt được hiệu quả làm mát tốt hơn.
(4) Giai đoạn phóng
Đẩy là bước cuối cùng trong chu trình ép phun. Mặc dù sản phẩm đã đông đặc và hình thành nhưng việc đẩy ra vẫn ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm. Phương pháp đẩy không đúng cách có thể gây ra các khuyết tật như biến dạng sản phẩm do lực không đồng đều trong quá trình đẩy.
Có hai phương pháp phóng chính: phóng chốt đẩy và phóng tấm vũ nữ thoát y. Khi thiết kế khuôn phải lựa chọn phương pháp đẩy thích hợp dựa trên đặc điểm cấu trúc của sản phẩm để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Đối với các khuôn sử dụng chốt đẩy, các chốt phải được bố trí càng đều càng tốt và đặt ở vị trí có khả năng chống đẩy lớn nhất và ở đó phần nhựa có độ bền và độ cứng tối đa để tránh biến dạng hoặc hư hỏng.
Các tấm gạt phôi thường được sử dụng cho các khoang-sâu, các thùng chứa có thành-mỏng và các sản phẩm trong suốt không được phép có dấu chốt đẩy. Phương pháp này có lực phóng lớn, đồng đều, chuyển động trơn tru và không có vết hằn đáng kể.
II. Thông số quy trình
Năm yếu tố chính của ép phun là: áp suất, thời gian, tốc độ, nhiệt độ và kích thước phun.
(1) Áp suất phun
Áp suất phun là áp suất xi lanh thủy lực được truyền qua vít máy phun đến nhựa nóng chảy. Được thúc đẩy bởi áp suất này, nhựa nóng chảy đi vào khuôn thông qua vòi phun của máy phun, đi qua rãnh rót và đường dẫn rồi đi vào khoang khuôn. Quá trình này là giai đoạn làm đầy tiêm. Áp lực tồn tại để vượt qua lực cản trong quá trình tan chảy, đảm bảo quá trình làm đầy diễn ra suôn sẻ.
Trong quá trình phun, áp suất cao nhất ở vòi phun của máy phun và thấp nhất ở mặt trước nóng chảy. Áp suất giảm dần dọc theo đường đi từ mặt nóng chảy trở lại vòi phun.
Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến áp suất làm đầy tan chảy:
A. Các yếu tố vật liệu, chẳng hạn như loại và độ nhớt của nhựa.
B. Các yếu tố cấu trúc, chẳng hạn như hệ thống đường dẫn nóng/lạnh, số lượng và vị trí của chúng, hình dạng của khoang khuôn và độ dày thành sản phẩm.
C. Các phần tử tham số quy trình.
Điều này phản ánh rằng áp suất ép phun không đóng vai trò chủ đạo trong việc đúc sản phẩm có thành mỏng nhưng lại đóng vai trò quan trọng trong quá trình ép phun sản phẩm có thành dày. Nó cũng có thể đóng vai trò quyết định trong việc giải quyết các khuyết tật của sản phẩm như co ngót, đường hàn và bọt khí. Việc cài đặt áp suất hợp lý phụ thuộc vào sự phối hợp giữa tốc độ và thời gian làm đầy. Trong quá trình phun, việc thiết lập áp suất đóng gói cũng rất quan trọng. Gần cuối quá trình phun, vòi phun của máy tiếp tục nạp nguyên liệu vào khoang để lấp đầy thể tích còn lại do sản phẩm co lại. Nếu không tác dụng áp lực nén sau khi khoang được lấp đầy, sản phẩm sẽ co lại khoảng 25%, đặc biệt là ở những khu vực có-có tường dày, nơi độ co ngót quá mức có thể tạo thành vết lõm. Áp suất đóng gói thường bằng khoảng 85% áp suất làm đầy tối đa, mặc dù điều này cần được xác định dựa trên điều kiện thực tế.
(2) Thời gian tiêm
Thời gian phun được đề cập ở đây là thời gian cần thiết để nhựa nóng chảy lấp đầy khoang, để nhựa nóng chảy dẻo và để nguội. Nó không bao gồm các thời gian phụ trợ như mở và đóng khuôn. Việc thiết lập thời gian này có hợp lý hay không sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm. Mặc dù thời gian phun không chiếm tỷ trọng lớn nhất trong chu trình đúc, việc điều chỉnh thời gian phun đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát áp suất tại cổng, đường dẫn và khoang đúc. Thời gian phun hợp lý tạo điều kiện cho quá trình đổ đầy nóng chảy lý tưởng và có tính quyết định trong việc cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm và giảm dung sai kích thước. Thời gian phun ngắn hơn nhiều so với thời gian làm mát, khoảng 1/10 thời gian làm mát. Tỷ lệ này tăng lên khi thành sản phẩm dày hơn. Mẫu này có thể dùng làm cơ sở để ước tính tổng thời gian đúc của một bộ phận bằng nhựa.
(3) Tốc độ tiêm
Mối quan hệ chặt chẽ giữa tốc độ phun và chất lượng sản phẩm khiến nó trở thành thông số quan trọng trong quá trình ép phun. Bằng cách xác định điểm bắt đầu, điểm giữa và điểm cuối của các phân đoạn tốc độ làm đầy và đạt được sự chuyển tiếp suôn sẻ giữa các điểm đặt, tốc độ bề mặt tan chảy ổn định có thể được đảm bảo. Điều này tạo ra sự định hướng phân tử mong muốn và giảm thiểu căng thẳng bên trong. Do đó, khi cài đặt thông số tốc độ trong quá trình gỡ lỗi quá trình sản phẩm, nên thực hiện phương pháp sau:
Tốc độ bề mặt chất lỏng phải không đổi.
Nên tiêm nhanh để ngăn chặn sự kết tinh tan chảy.
Cài đặt tốc độ tiêm nên xem xét các khu vực quan trọng (ví dụ: đường chạy), giảm tốc độ ở cổng trong khi đổ đầy nhanh chóng ở những nơi khác.
Tốc độ tiêm phải dừng ngay sau khi khoang được lấp đầy để ngăn chặn-đóng gói quá mức, chớp nhoáng và ứng suất dư.
Dựa trên cấu trúc sản phẩm, kết hợp với mức độ kết tinh thực tế, điều chỉnh thông số tốc độ phun cao và thấp cho các khu vực có thành mỏng/dày và nơi thay đổi hướng dòng chảy tan chảy.
Sự phối hợp chặt chẽ với các yếu tố khác của điều kiện đúc là rất quan trọng.
(4) Nhiệt độ phun
Nhiệt độ phun là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến áp suất và tốc độ phun. Thùng máy phun thường có 5-6 vùng sưởi ấm. Mỗi nguyên liệu thô có nhiệt độ xử lý phù hợp. Ngoài các thông số nhiệt độ được nắm vững qua kinh nghiệm thực tế, việc cài đặt cũng có thể dựa trên dữ liệu do nhà cung cấp nguyên liệu thô cung cấp kết hợp với điều kiện thực tế của máy.
Nhiệt độ phun phải được kiểm soát trong một phạm vi cụ thể. Nếu nhiệt độ quá thấp, chất nóng chảy dẻo kém, ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết đúc và làm tăng độ khó của quá trình. Nếu nhiệt độ quá cao, nguyên liệu thô dễ bị phân hủy. Trong ép phun thực tế, nhiệt độ nóng chảy thường cao hơn nhiệt độ thùng. Sự khác biệt phụ thuộc vào tốc độ phun và tính chất vật liệu. Điều này là do nhiệt độ cao sinh ra do lực cắt khi tan chảy đi qua vòi phun.
(5) Kích thước cú đánh
Trong ép phun, kích thước bắn hợp lý sẽ chi phối việc thiết lập các thành phần tham số quy trình khác. Trong quá trình gỡ lỗi sản phẩm, nên đặt đệm tan (kích thước bắn còn lại) sao cho sau khi đổ đầy sản phẩm xong, vị trí vít để lại một đệm khoảng 15-20mm. Nếu nó quá gần 0, đầu vòng kiểm tra vít sẽ bị mòn quá nhanh và không thể đảm bảo độ ổn định kích thước của sản phẩm. Nếu lớp đệm quá lớn, lượng tan chảy còn sót lại quá lâu trong thùng có thể gây ra sự thay đổi màu sắc trong lần bắn tiếp theo và làm tăng khả năng tạo ra khí do phân hủy tan chảy sau thời gian lưu trú kéo dài.
Trong quá trình làm dẻo, áp suất ngược ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước bắn. Áp suất ngược đề cập đến áp suất phải được khắc phục khi vít rút lại trong quá trình chuẩn bị nóng chảy. Sử dụng áp suất ngược cao có lợi cho việc phân tán màu và nóng chảy nhựa, làm tăng mật độ nóng chảy trong thùng. Tuy nhiên, nó cũng kéo dài thời gian rút vít (nếu vượt quá thời gian làm nguội sẽ làm tăng chu kỳ phun sản phẩm). Nếu tốc độ quay trục vít tăng lên, trục vít có thể bẫy không khí từ các khoảng trống giữa các viên nhựa được nén vào phần nóng chảy bên trong thùng, sau đó được bơm vào khoang khuôn. Đối với các sản phẩm dày hơn, điều này tương ứng làm tăng khả năng hình thành bọt khí bên trong thành và tăng thêm tải điện cho máy phun. Do đó, khi làm dẻo các vật liệu thông thường, áp suất ngược phải thấp hơn, thường không vượt quá 20% áp suất phun, lý tưởng nhất là có một chút nước dãi tan chảy ở vòi phun.
Tóm lại, để cải tiến công nghệ ép phun, trước tiên người ta phải hiểu nguyên lý và quy trình ép phun. Thứ hai, người ta phải phối hợp khéo léo năm yếu tố chính-áp suất, thời gian, tốc độ, nhiệt độ và kích thước bắn-trong quá trình gỡ lỗi. Chỉ khi đó các yếu tố này mới có thể bổ sung cho nhau trong quy trình, dẫn đến các thông số quy trình tối ưu cho sản phẩm.