Trả lời trực tiếp: Phần lớn khuyết tật chi tiết ép nhựa đều bắt nguồn từ co ngót không đều khi nhựa nguội. Nhựa co thể tích khi đông đặc; chỗ nào dày hơn hoặc nguội chậm hơn thì co nhiều hơn, và chênh lệch đó biến thành lõm bề mặt, cong vênh hoặc nứt.
Nội dung thuộc chuyên trang Khuôn mẫu & đúc của cokhi.net, cụm Khuôn ép nhựa — ở góc cơ chế khuyết tật, không thay thế đánh giá của xưởng ép cho một sản phẩm cụ thể.
Vì sao co ngót lại là gốc của nhiều khuyết tật?
Nhựa được bơm vào khoang khuôn ở trạng thái chảy, rồi nguội và đông đặc. Trong quá trình đó thể tích giảm. Nếu toàn bộ chi tiết co đều và co cùng lúc thì kết quả chỉ là chi tiết nhỏ hơn khoang khuôn một chút — điều này bù được bằng cách thiết kế khuôn lớn hơn tương ứng.
Vấn đề nằm ở chỗ co ngót không bao giờ đều. Phần thành mỏng đông đặc trước, phần thành dày còn chảy bên trong; nửa khuôn được làm mát tốt hơn kéo nhựa nguội nhanh hơn nửa kia. Khi một phần đã cứng còn phần khác vẫn đang co, phần đang co kéo phần đã cứng theo — sinh ứng suất dư nằm lại trong chi tiết. Cấu tạo khuôn và vai trò hệ thống làm mát được trình bày ở bài nguyên lý khuôn ép nhựa.
Bốn khuyết tật và cách phân biệt
| Khuyết tật | Hình thái | Cơ chế đứng sau |
|---|---|---|
| Lõm bề mặt | Vết lõm nông ngay phía ngoài chỗ thành dày, gân hoặc vấu | Lõi bên trong co sau khi lớp vỏ đã đông, kéo vỏ tụt vào |
| Rỗng bên trong | Chi tiết ngoài phẳng nhưng bên trong có bọng | Cùng cơ chế trên, nhưng vỏ đủ cứng nên lõi tách ra thành lỗ rỗng |
| Cong vênh | Chi tiết mất phẳng, xoắn hoặc vênh mép | Co ngót chênh lệch giữa hai mặt hoặc giữa hai vùng có tốc độ nguội khác nhau |
| Đường hàn | Vệt mảnh ở chỗ hai dòng nhựa gặp nhau, bền kém hơn vùng lân cận | Hai dòng chảy gặp nhau khi đã nguội bớt nên không hòa trộn hoàn toàn |
Bảng nêu quan hệ giữa hình thái và cơ chế, không nêu tỷ lệ co ngót của từng loại nhựa — trị số đó khác nhau theo từng vật liệu và phải lấy từ tài liệu kỹ thuật của chính hạt nhựa đang dùng. Đặc tính gia công của nhóm nhựa kỹ thuật được bàn thêm ở bài gia công nhựa kỹ thuật POM, PTFE.
Vì sao chiều dày thành phải đồng đều?
Đây là nguyên tắc thiết kế có ảnh hưởng lớn nhất tới khuyết tật ép nhựa. Chỗ thành dày chứa nhiều vật liệu hơn nên nguội lâu hơn và co nhiều hơn phần thành mỏng bên cạnh. Chênh lệch càng lớn thì ứng suất dư càng lớn.
Ba hệ quả thiết kế đi kèm:
- Gân tăng cứng nên mỏng hơn thành chính thay vì dày bằng, để chân gân không thành điểm nóng nguội chậm.
- Vấu và bệ vít nên rỗng hoặc có gân đỡ thay vì đặc, vì khối đặc là chỗ co ngót mạnh nhất.
- Chuyển tiếp giữa vùng dày và vùng mỏng phải bo dần, không đổi đột ngột.
Cách tư duy này chính là tư duy thiết kế theo khả năng chế tạo đã trình bày ở bài nguyên tắc DFM: sửa ở khâu thiết kế rẻ hơn nhiều so với sửa ở khâu khuôn, và sửa ở khuôn vẫn rẻ hơn sửa ở sản xuất loạt.
Đường hàn xử được tới đâu?
Đường hàn xuất hiện ở mọi chi tiết có lỗ hoặc có vật cản trên đường dòng chảy, vì dòng nhựa buộc phải tách ra rồi gặp lại. Vì vậy mục tiêu không phải xóa nó, mà là dời nó tới chỗ ít chịu tải và làm nó bền hơn bằng cách để hai dòng gặp nhau khi còn đủ nóng.
Vị trí đường hàn phụ thuộc vào vị trí cổng vào, nên đây là quyết định ở khâu thiết kế khuôn chứ không phải khâu vận hành máy ép. Nếu chi tiết cần độ bền cao tại đúng vùng đó, hoặc cần bề mặt hoàn hảo, thì cân nhắc phương án chế tạo khác — bảng so sánh các nhóm phương pháp nằm ở các phương pháp gia công cơ khí, và với loạt rất nhỏ thì in 3D nhựa tránh được hẳn chi phí khuôn.
Câu hỏi thường gặp
Tăng thời gian làm mát có hết cong vênh không? Chỉ giảm được phần cong vênh do lấy sản phẩm ra khi còn nóng. Nếu nguyên nhân là chênh lệch tốc độ nguội giữa hai vùng thì kéo dài thời gian không xử được gốc — phải cân lại chiều dày thành hoặc bố trí làm mát.
Lõm bề mặt và rỗng bên trong có cùng nguyên nhân không? Có. Cùng là lõi co sau khi vỏ đã đông. Vỏ mềm thì bị kéo tụt thành lõm; vỏ đủ cứng thì lõi tách ra tạo bọng rỗng bên trong.
Đường hàn có phải là vết nứt không? Không. Đó là ranh giới hai dòng nhựa không hòa trộn hoàn toàn. Nó chưa nứt, nhưng là vùng yếu hơn nên vết nứt thường bắt đầu từ đó khi chịu tải.