Cấu tạo hệ thống Hot Runner khuôn ép nhựa

1. Hệ thống Hot Runner là gì?

Hệ thống hot runner (kênh dẫn nóng) là một công nghệ quan trọng trong ngành công nghiệp ép nhựa, được sử dụng để duy trì nhựa ở trạng thái lỏng trong suốt quá trình sản xuất. Những khuôn được bố trí hệ thống kênh dẫn nóng Hot runner thì được gọi là khuôn hot runner và được gắn trực tiếp trên khuôn ép nhựa, không thể tách rời khỏi khuôn. Khác với hệ thống lạnh (cold runner), nơi nhựa nguội và đông cứng trong các ống dẫn, hệ thống hot runner giữ cho nhựa luôn ở nhiệt độ cao, từ đó giúp giảm thời gian chu kỳ sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Công nghệ này đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và sản lượng lớn, như trong sản xuất linh kiện ô tô, thiết bị điện tử và đồ gia dụng.

2. Cấu tạo hệ thống Hot Runner

Hệ thống hot runner bao gồm nhiều thành phần chính, mỗi thành phần đóng một vai trò quan trọng trong quá trình ép phun nhựa:

Tìm hiểu về quy trình gia công khuôn ép nhựa tại đây!

2.1. Bạc cuống phun (Sprue bushing)

Bạc cuống phun là bộ phận trung gian giúp chuyển nhựa từ vòi phun của máy đến manifold. Để đảm bảo nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ hệ thống dẫn nhựa, khu vực này cũng cần được gia nhiệt và kiểm soát nhiệt độ tương tự như các phần khác trong hệ thống. Nếu nhiệt độ tại bạc cuống phun quá thấp, đặc biệt với những loại nhựa nhạy cảm ở nhiệt độ cao, bề mặt sản phẩm có thể không đạt yêu cầu chất lượng.

Chức năng:

• Kết nối với đầu phun của máy ép.
• Đảm bảo kín cho hệ thống dòng chảy từ máy đến vòi phun.
• Giảm áp suất khi cần thiết.
• Lọc nhựa nóng nếu có yêu cầu.

2.2. Kênh dẫn phân phối nhựa (Manifold)

Manifold được sử dụng trong các hệ thống phun gián tiếp qua nhiều vòi phun, đóng vai trò như một tấm phân phối nhựa từ nhánh nóng của máy đến các lòng khuôn.

Chức năng:

• Vận chuyển và phân phối nhựa nóng.
• Duy trì nhiệt độ của nhựa trong suốt quá trình phun.
• Truyền áp suất cho dòng nhựa.

2.3. Vòi phun (Nozzle)

Vòi phun là điểm cuối của hệ thống hot runner, bao gồm một ống dẫn nhiệt đến miệng phun. Vai trò chính của vòi phun là cung cấp nhựa nóng từ kênh dẫn vào lòng khuôn.

Chức năng:

• Cung cấp nhựa nóng đến miệng phun.
• Duy trì nhiệt độ nhựa ổn định trong quá trình phun.

2.4. Miệng phun (Gate)

Miệng phun dạng mở (Open gate) có thể sử dụng cho các loại nhựa tinh thể và vô định hình. Các thông số cần chú ý bao gồm đường kính miệng phun, vùng làm mát và việc kiểm soát nhiệt độ ở đỉnh miệng phun để tối ưu hóa chất lượng chi tiết. Miệng phun dạng mở để lại một vết nhỏ trên bề mặt sản phẩm, kích thước của vết này liên quan trực tiếp đến hình dạng của miệng phun và đặc tính của vật liệu.

Miệng phun Valve gate sử dụng hệ thống khí nén để vận hành chốt mở van. Trong thiết kế này, piston và xilanh được lắp đặt ở tấm trên. Trước khi bắt đầu quá trình ép, chốt van sẽ ở vị trí thụt vào, giúp lỗ miệng phun mở rộng để nhựa có thể chảy vào lòng khuôn. Ngay khi nhựa trong miệng phun chưa hoàn toàn đông cứng, chốt sẽ di chuyển về vị trí đóng van.

Chức năng:

• Cung cấp nhựa nóng vào lòng khuôn.
• Duy trì dòng chảy nhựa vào lòng khuôn.
• Ngắt dòng chảy nhựa khi cần.

3. Ưu điểm của Hot Runner

Hệ thống hot runner mang lại nhiều lợi ích cho quy trình sản xuất nhựa:

• Giảm thời gian chu kỳ sản xuất: Với việc giữ nhựa ở nhiệt độ cao, hệ thống hot runner giúp giảm thời gian cần thiết để sản xuất mỗi sản phẩm. Điều này giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.
• Giảm hành trình mở khuôn so với ba tấm: Khuôn hot runner giảm hành trình kẹp với khuôn 3 tấm do chỉ cần mở khuôn đủ để lấy sản phẩm và tách phần kênh dẫn nhựa hai phần riêng biệt.
• Cải thiện chất lượng sản phẩm: Hệ thống này giúp giảm nguy cơ xuất hiện khuyết tật và tăng độ đồng nhất của sản phẩm nhựa. Sản phẩm được tạo ra từ hệ thống hot runner thường có bề mặt mịn màng và không có dấu hiệu của sự đông cứng.
• Ứng dụng khuôn xếp chồng: Khuôn xếp chồng có thể sử dụng hệ thống hot runner, nhưng hiếm khi được sử dụng, đa số các khuôn xếp chồng sử dụng hệ thống hot runner.
• Tiết kiệm nguyên liệu: Vì không có nhựa nguội trong ống dẫn, hệ thống hot runner giảm thiểu lượng nhựa thừa. Điều này không những tiết kiệm chi phí nguyên liệu mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
• Tăng tính linh hoạt: Hệ thống hot runner cho phép thay đổi nhanh chóng giữa các sản phẩm khác nhau mà không cần phải thay đổi khuôn, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
• Dòng chảy cân bằng: Ưu điểm của dòng chảy mà khuôn hot runner có là kênh nấu chảy trong các ống Manifold, được làm nóng bên ngoài và cách nhiệt với các tấm khuôn xung quanh. Khác với tấm khuôn cold runner (khuôn sử dụng hệ thống lạnh), Manifold có thể được thiết kế cho dòng chảy theo nhiều cấp độ, giúp nhiệt độ và áp suất đồng đều từ vòi phun của máy đến miệng phun.

4. Nhược điểm của Hot Runner

Mặc dù có nhiều ưu điểm, hệ thống hot runner cũng có một số nhược điểm:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao: Hệ thống hot runner thường yêu cầu chi phí đầu tư ban đầu lớn hơn so với các hệ thống lạnh (cold runner). Điều này có thể là một rào cản đối với các doanh nghiệp nhỏ.
• Yêu cầu về kỹ thuật cao hơn cold runner: Quá trình chế tạo và vận hành yêu cầu phải cẩn trọng hơn vơi scacs vấn đề như: Kéo đuôi keo, drooling, stringing, ứng suất trong quá trình bơm hoặc tắc vòi phun cần phải kiểm soát nhiệt và các tạp chất lạ trong hệ thống.
• Bảo trì phức tạp: Việc bảo trì và sửa chữa hệ thống hot runner có thể phức tạp hơn, yêu cầu kỹ thuật viên có chuyên môn cao. Nếu không được bảo trì đúng cách, có thể gây ra sự cố trong quá trình sản xuất.
• Rủi ro về nhiệt độ: Nếu nhiệt độ không được kiểm soát tốt, nhựa có thể bị phân hủy, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Việc duy trì nhiệt độ ổn định là rất quan trọng để đảm bảo quy trình sản xuất hiệu quả.
• Hoạt động làm mát sản phẩm phức tạp hơn: Máy ép nhựa và các khoang phải được cách nhiệt với nhiệt của hot runner. Tại cổng bơm keo nhiệt độ của phần tiếp giáp cổng bơm có thể khác biệt với các bộ phận khác trong quá trình làm mát.

5. Các lưu ý trong khuôn Hot Runner

Để đảm bảo hệ thống hot runner hoạt động hiệu quả, cần lưu ý một số điểm sau:

• Thiết kế khuôn hợp lý: Khuôn cần được thiết kế sao cho tối ưu hóa dòng chảy của nhựa và phân phối nhiệt đều. Cần tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo không có điểm nóng hoặc điểm nguội trong khuôn.
• Chọn loại nhựa phù hợp: Không phải tất cả các loại nhựa đều phù hợp với hệ thống hot runner. Cần chọn loại nhựa có khả năng chịu nhiệt tốt và thích hợp với quy trình sản xuất để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
• Áp lực bơm qua vòi phun trong hệ thống runner có thể đạt tới 30.000 psi (khoảng 2000 bar), tạo ra áp lực tại điểm tiếp xúc giữa hệ thống hot runner và lòng khuôn. Áp suất cao này có thể dẫn đến việc nhựa bị rò rỉ qua các khe hở trong quá trình bơm. Hơn nữa, vật liệu và thiết kế của hot runner cần phải đủ cứng cáp để chịu đựng áp lực, tránh hiện tượng nổ hoặc bể vòi phun trong quá trình hoạt động.
• Chống rò rỉ trong hệ thống: Để ngăn chặn rò rỉ, hệ thống runner phải kiểm soát độ lệch để có thể chịu được lực kẹp và áp lực bơm từ máy. Dung sai cần được duy trì ở mức 0,005 mm (0,0002 in). Hệ thống gia nhiệt và làm mát cần hoạt động độc lập, với nhiệt độ từ hệ thống hot runner được tách biệt với nhiệt độ của tấm khuôn. Điều này giúp tránh các hiện tượng không mong muốn như kéo đuôi keo, drooling, stringing và ứng suất trong quá trình bơm hoặc tắc vòi phun.
• Mức độ giãn nở của Nozzle và Manifold: Khi thiết kế hot runner, cần tính đến mức độ giãn nở do nhiệt. Nhiệt độ khuôn và vòi phun có thể chênh lệch lên đến 200 °C, gây ra sự giãn nở đáng kể giữa hot runner và khuôn trong quá trình gia nhiệt và làm mát.
• Nhiệt độ cung cấp phải đồng nhất trên các dòng chảy, và hot runner cần có một kênh dòng chảy cho phép dòng chảy được kiểm soát và cân bằng đến từng vòi phun. Kênh dòng chảy cần phải thông suốt và điền đầy tất cả các khu vực trong khoang khuôn.

6. Kết luận

Hệ thống hot runner là một công nghệ quan trọng trong ngành ép nhựa, mang lại nhiều ưu điểm về hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến các nhược điểm và yêu cầu bảo trì để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả. Việc hiểu rõ cấu tạo và cách thức vận hành của hệ thống hot runner sẽ giúp các nhà sản xuất tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa. Đầu tư vào công nghệ hot runner có thể mang lại lợi ích lâu dài, giúp nâng cao năng suất và cạnh tranh trong thị trường sản xuất nhựa.