NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG đến độ bền kéo của sản PHẨM NHỰA DẠNG lưới

M CL C
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

i

Lời cam đoan

ii

Cảm tạ

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

vi

Danh sách các chữ viết tắt

viii

Danh sách các hình

ix

Danh sách các bảng

xiv

Ch

ng 1: TỔNG QUAN

1

1.1 Tổng quan chung

1

1.2 Mục đích của đề tài

10

1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

10

1.4 Phương pháp nghiên cứu

11

Ch

ng 2: C

S

Lụ THUY T

12

2.1 Giới thiệu về công nghệ ép phun

12

2.2 Quá trình truyền nhiệt

17

2.3 Lý thuyết về độ bền kéo cho sản phẩm nhựa đùn, ép

20

Ch

ng 3: PH

NG PHÁP THệ NGHI M VÀ MỌ PH NG

21

3.1 Lưu đồ thực hiện công việc

21

3.2 Sản phẩm mẫu thử

22

3.3 Kết cấu bộ khuôn

23

3.4 Giới thiệu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí

30

3.5 Mô phỏng nhiệt sử dụng phần mềm ANSYS

36

Ch

ng 4: THệ NGHI M VÀ PHỂN TệCH K T QU

vi

42


4.1 Thí nghiệm gia nhiệt và đo nhiệt độ lòng khuôn

42

4.2 Ép sản phẩm

48

4.3 Thí nghiệm kéo mẫu thử

52

4.4 Xử lý số liệu và xác định độ bền kéo của sản phẩm

57

Ch

ng 5: K T LUẬN VÀ H ỚNG PHÁT TRI N

64

5.1 Kết quả đạt được sau khi làm luận văn

64

5.2 Hướng phát triển luận văn trong tương lai

65

TÀI LI U THAM KH O

66

PH L C

68

vii


DANH M C CÁC CH

VI T TẮT

Ex - GMTC

External Gas – Assited Mold Temperature Control

CAE

Computer Aided Engineering

GMTC

Gas – Assisted Dynamic Mold Temperature Control

RHCM

Rapid Heat Cycle Molding

AISI

American Iron and Steel Institute

AMPCO

American Metal Products Company

SW

SHINE WELL

PA

PolyAmide

PTFE

PolyTetraFluoroEthylene

CB

Circuit Breaker

viii


DANH M C CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Mô hình khuôn thực nghiệm gia nhiệt bằng cảm ứng

2

Hình 1.2: Kích thước của tấm insert với các dưy kênh dẫn có chiều sâu

3

thiết kế 120 µm và 600 µm
Hình 1.3: Các phân bố nhiệt được đo trên mẫu (bên trái) và được mô

3

phỏng bằng ANSYS (bên phải) trên bề mặt khuôn bằng gia nhiệt cảm
ứng (sau 2,5 s)
Hình 1.4: Sơ đồ thực nghiệm điều khiển nhiệt độ khuôn bằng môi chất

4

khí
Hình 1.5: Biên dạng hình học của chíp và kênh dẫn của nó

4

Hình 1.6: Phân phối nhiệt độ bề mặt tấm khuôn được đo bằng hệ thống

5

ảnh nhiệt hồng ngoại

Hình 1.7: Sự biến thiên nhiệt độ bề mặt khuôn tại những nhiệt độ mong

6

muốn khác nhau khi sử dụng GMTC
Hình 1.8: Biểu đồ so sánh chu kỳ thời gian giữa phương pháp nung

6

nóng bằng khí và nung nóng/ làm nguội bằng nước
Hình 1.9: Sơ đồ kết cấu khuôn cho 2 chu trình RHCM

7

Hình 1.10: Sơ đồ thay đổi nhiệt độ khuôn trong suốt các chu trình

8

RHCM
Hình 1.11: Các đáp ứng nhiệt tại điểm ’B’ nằm tại tâm của bề mặt lòng

9

khuôn trong suốt quá trình nung nóng RHCM
Hình 2.1: Cấu tạo máy ép phun

14

Hình 2.2: Hệ thống kẹp

14

Hình 2.3: Khuôn cho sản phẩm vỏ dao cắt giấy

15

Hình 2.4: Hệ thống phun

16

Hình 2.5: Các bộ phận của hệ thống hỗ trợ ép phun

17

ix


Hình 2.6: Hệ thống điều khiển

17

Hình 2.7: Đối lưu nhiệt tự nhiên

18

Hình 2.8: Đối lưu nhiệt cưỡng bức

18

Hình 2.9: Đường cong ứng suất/ biến dạng điển hình

20

Hình 3.1: Lưu đồ thực hiện công việc

21

Hình 3.2: Kết cấu mẫu thử kéo (Tensile specimen)

22

Hình 3.3: Mô hình 3D dạng khung dây của sản phẩm

23

Hình 3.4: Tấm kẹp trên, tấm khuôn cố định và bạc dẫn hướng sau khi

23

gia công và lắp ghép
Hình 3.5: Tấm kẹp dưới

24

Hình 3.6: Khuôn di động và chốt dẫn hướng sau khi gia công và lắp

24

ghép
Hình 3.7: Hai gối đỡ sau khi gia công

25

Hình 3.8: Tấm giữ, ty đẩy, ty hồi và lò xo sau khi gia công và lắp ghép

25

Hình 3.9: Tấm đẩy sau khi gia công

25

Hình 3.10: Bạc cuống phun và vòng định vị sau khi gia công

26

Hình 3.11: Bản thiết kế khối insert (mẫu thiết kế 1)

26

Hình 3.12: Khối insert sau khi gia công (mẫu thiết kế 1)

27

Hình 3.13: Bản thiết kế khối insert (mẫu thiết kế 2)

27

Hình 3.14: Khối insert sau khi gia công (mẫu thiết kế 2)

27

Hình 3.15: Bản thiết kế tấm nhôm tạo hình (mẫu thiết kế 1)

28

Hình 3.16: Tấm nhôm sau khi gia công (mẫu thiết kế 1)

28

Hình 3.17: Bản thiết kế tấm nhôm tạo hình (mẫu thiết kế 2)

29

Hình 3.18: Tấm nhôm sau khi gia công (mẫu thiết kế 2)

29

Hình 3.19: Bản thiết kế khối nhựa cách nhiệt

29

Hình 3.20: Khối insert sau khi lắp ráp hoàn chỉnh

30

Hình 3.21: Bộ khuôn sau khi lắp ráp hoàn chỉnh

30

Hình 3.22: Mô hình khung đỡ

32

Hình 3.23: Mô hình giá đỡ

32

x


Hình 3.24: Mô hình xy lanh khí nén

32

Hình 3.25: Mô hình khối cách nhiệt

32

Hình 3.26: Mô hình tấm dưới

32

Hình 3.27: Mô hình tấm trên

32

Hình 3.28: Khối gia nhiệt 1 vòi phun sau khi chế tạo và lắp ráp hoàn

32

chỉnh
Hình 3.29: CB

34

Hình 3.30: Công tắc tơ

34

Hình 3.31: Điện trở đốt nóng

34

Hình 3.32: Cảm biến nhiệt PT 100

34

Hình 3.33: Rơ le nhiệt

34

Hình 3.34: Adaptor 24 V/ DC

34

Hình 3.35: Rơ le trung gian

34

Hình 3.36: Rơ le thời gian

34

Hình 3.37: Hệ thống gia nhiệt sau khi được chế tạo hoàn chỉnh và lắp

35

đặt trên máy ép phun SW – 120B
Hình 3.38: Quá trình gia nhiệt cho lòng khuôn của hệ thống

36

Hình 3.39: Tiến trình giải bái toán ANSYS – CFX

37

Hình 3.40: Giao diện cần thực hiện của CFX

37

Hình 3.41: Giao diện DesignModeler với các đối tượng khảo sát

38

Hình 3.42: Giao diện Meshing với các đối tượng đư được chia lưới

39

Hình 3.43: Giao diện CFX – Pre với các đối tượng đư được thiết lập

39

các thông số liên quan
Hình 3.44: Giao diện CFX – Solver Manager với kết quả phân tích đư

40

được thực hiện.
Hình 3.45: Kết quả mô phỏng sự biến thiên nhiệt độ trên bề mặt tấm

40

insert tạo kết cấu lưới khi tiến hành gia nhiệt sử dụng module CFX
Hình 3.46: Phân tích nhiệt độ tại tấm insert với thời gian gia nhiệt 20 s

41

Hình 4.1: Sơ đồ quá trình gia nhiệt và đo nhiệt tại điểm A

44

xi


Hình 4.2: Đồ thị so sánh nhiệt độ đo được tại điểm A ứng với tkhí = 200
0

C

Hình 4.3: Đồ thị so sánh nhiệt độ đo được tại điểm A ứng với t khí = 250

0

46

C

Hình 4.6: Đồ thị so sánh nhiệt độ đo được tại điểm A ứng với t khí = 400
0

46

C

Hình 4.5: Đồ thị so sánh nhiệt độ đo được tại điểm A ứng với t khí = 350
0

46

C

Hình 4.4: Đồ thị so sánh nhiệt độ đo được tại điểm A ứng với t khí = 300
0

46

47

C

Hình 4.7: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,4 mm ứng với các mức nhiệt

49

độ lòng khuôn 30 0C/ 60 0C/ 90 0C/ 120 0C/ 150 0C
Hình 4.8: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,6 mm ứng với các mức nhiệt

49

độ lòng khuôn 30 0C/ 60 0C/ 90 0C
Hình 4.9: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,4 mm ứng với các mức nhiệt

50

độ lòng khuôn 30 0C/ 60 0C/ 90 0C/ 120 0C/ 150 0C
Hình 4.10: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,6 mm ứng với các mức nhiệt

51

độ lòng khuôn 30 0C/ 60 0C/ 90 0C/ 120 0C/ 150 0C
Hình 4.11: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,8 mm ứng với các mức nhiệt

51

độ lòng khuôn 30 0C/ 60 0C/ 9 00C
Hình 4.12: Biểu đồ lực kéo theo bề dày lưới của sản phẩm (nhựa PA 6)

54

Hình 4.13: Biểu đồ lực kéo theo nhiệt độ lòng khuôn (nhựa PA 6)

54

Hình 4.14: Biểu đồ lực kéo theo chiều dày lưới của sản phẩm (nhựa PA

55

6 + 30 % sợi thủy tinh)
Hình 4.15: Biểu đồ lực kéo theo nhiệt độ lòng khuôn (nhựa PA 6 + 30

55

% sợi thủy tinh)
Hình 4.16: Biểu đồ độ bền kéo theo nhiệt độ lòng khuôn (nhựa PA 6)

xii

58


Hình 4.17: Biểu đồ độ bền kéo theo chiều dày lưới của sản phẩm (nhựa

58

PA 6)
Hình 4.18: Biểu đồ độ bền kéo theo nhiệt độ lòng khuôn (nhựa PA 6 +

59

30 % sợi thủy tinh)
Hình 4.19: Biểu đồ độ bền kéo theo chiều dày lưới của sản phẩm (nhựa

59

PA 6 + 30 % sợi thủy tinh)
Hình 4.20: Đồ thị mô tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan

62

hệ giữa nhiệt độ lòng khuôn và độ bền kéo (cho sản phẩm nhựa PA 6
với chiều dày lưới 0,4 mm)
Hình 4.21: Đồ thị mô tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan

62

hệ giữa nhiệt độ lòng khuôn và độ bền kéo (cho sản phẩm nhựa PA 6 +
30 % sợi thủy tinh với chiều dày lưới 0,4 mm)
Hình 4.22: Đồ thị mô tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan
hệ giữa nhiệt độ lòng khuôn và độ bền kéo (cho sản phẩm nhựa PA 6 +
30 % sợi thủy tinh với chiều dày lưới 0,6 mm)

xiii

63


DANH SÁCH CÁC B NG
B NG

TRANG

B ng 1.1: Bề rộng kênh dẫn và độ chính xác lặp lại tại các nhiệt độ bề

7

mặt khuôn khác nhau
B ng 1.2: Các trường hợp được thiết kế cho mô phỏng đáp ứng nhiệt

8

của các hệ thống RHCM
B ng 3.1: Chiều dày của lưới được khảo sát

22

B ng 4.1: Số liệu đo nhiệt ứng với nhiệt độ khí 400 0C

42

B ng 4.2: Kết quả nhiệt độ đo thực tế tại điểm A ứng với các mức nhiệt

45

độ khác nhau của dòng khí (tkhí). Đơn vị: 0C
B ng 4.3: Kết quả nhiệt độ đo mô phỏng tại điểm A ứng với các mức

46

nhiệt độ khác nhau của dòng khí (tkhí). Đơn vị: 0C
B ng 4.4: Kết quả thử lực kéo các mẫu được ép với vật liệu PA 6

52

B ng 4.5: Kết quả thử lực kéo các mẫu được ép với vật liệu PA 6 + 30%

53

sợi thủy tinh
B ng 4.6: Độ bền kéo tương ứng cho các chiều dày và các mức nhiệt độ

57

lòng khuôn đư khảo sát sử dụng nhựa PA 6
B ng 4.7: Độ bền kéo tương ứng cho các chiều dày và các mức nhiệt độ
lòng khuôn đư khảo sát sử dụng nhựa PA 6 + 30 % sợi thủy tinh

xiv

57


Ch

ng 1

T NG QUAN
1.1 T ng quan chung
1.1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều sản phẩm nhựa. Từ sản phẩm là dụng cụ
học tập như: thước, viết, hay đồ chơi trẻ em, … cho đến các sản phẩm phức tạp như:
bàn, ghế, vỏ điện thoại, các chi tiết dùng trong ô tô, xe máy, … đều được làm bằng

nhựa. Các sản phẩm này có hình dáng, màu sắc phong phú và chúng đư góp phần
cho cuộc sống tiện nghi hơn. Với các tính chất như: độ dẻo dai, nhẹ, có thể tái chế,
không có những phản ứng hóa học với không khí trong điều kiện bình thường, …
vật liệu nhựa đư thay thế các loại vật liệu khác như: sắt, nhôm, đồng thau,… Do đó,
nhu cầu sử dụng vật liệu nhựa trong tương lai sẽ còn rất lớn [2, 5, 6].
Và cùng với sự phát triển nhanh chóng trong công nghệ khuôn mẫu nói chung
và công nghệ ép phun nói riêng đư cho phép tạo ra các sản phẩm nhựa có kết cấu
phức tạp và có kích thước ngày càng nhỏ hơn [9, 10, 12, 15], trong đó không thể
không kể đến các chi tiết nhựa dạng lưới, thường được sử dụng trong đời sống hàng
ngày, cũng như trong các sản phẩm cao cấp. Đối với các chi tiết dạng này để có thể
đảm bảo chất lượng đặc biệt là đảm bảo độ bền của sản phẩm sau khi ép, ta phải
quan tâm đến các yếu tố: tối ưu mẫu thiết kế hình học của sản phẩm, thuộc tính của
vật liệu nhựa sử dụng, kết cấu khuôn, thông số ép, nhiệt độ khuôn trước khi tiến
hành ép [5, 6] v.v… Trong đó, nhiệt độ khuôn trước khi ép giữ một vai trò hết sức
quan trọng, với một khoảng giá trị tăng thích hợp sẽ giúp cho một số vật liệu nhựa
chảy dẻo tốt trong khuôn và điền đầy toàn bộ lòng khuôn [12 – 14]. Hiện nay việc
gia nhiệt thêm cho khuôn có thể được tiến hành với một hệ thống cấp nhiệt riêng
biệt với các môi chất gia nhiệt: nước, dầu, hơi nước, khí [7, 11, 14, 15].
1.1.2 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến việc gia nhiệt
cho khuôn:

Trang 1


1.1.2.1 Nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc bộ môn kỹ thuật cơ khí, Đại học Chung
Yuan Christian, Đài Loan: “Rapid mold temperature variation for assisting the
micro injection of high aspect ratio micro ậ feature parts using induction
heating technology” [10].
Trong nghiên cứu này việc sử dụng công nghệ gia nhiệt cảm ứng điện – từ
kết hợp với làm nguội bằng nước được dùng để tạo ra sự biến thiên nhanh nhiệt độ

khuôn. Quá trình mô phỏng sự biến thiên nhiệt độ sử dụng công cụ CAE (ANSYS)
kết hợp với đo lường thực nghiệm trên các mẫu sản phẩm (có dạng các kênh dẫn vi
mô) đư được tạo ra, chỉ ra rằng gia nhiệt cảm ứng có thể nhanh chóng tăng nhiệt độ
bề mặt khuôn từ 60 0C lên 140 0C trong vòng 3,5 s. Kết quả mô phỏng được thực
hiện trước đó hoàn toàn tương thích với kết quả đo lường trên vật mẫu. Quá trình
mô phỏng cũng cho thấy sóng điện từ có thể thâm nhập vào trong phần đáy của các
kênh dẫn, tạo ra hiệu quả ảnh hưởng nhiệt cho các đặc tính vi mô. Việc tăng nhiệt
độ thông qua gia nhiệt cảm ứng giúp cải thiện độ chính xác lặp lại cho các chi tiết
đặc tính vi mô mà không cần tăng đáng kể chu kỳ ép.

Hình 1.1: Mô hình khuôn thực nghiệm gia nhiệt bằng cảm ứng

Trang 2


Hình 1.2: Kích thước của tấm insert với dưy các kênh dẫn có
chiều sâu thiết kế 120 µm và 600 µm

Hình 1.3: Các phân bố nhiệt được đo trên mẫu (bên trái) và được mô phỏng bằng
ANSYS (bên phải) trên bề mặt khuôn bằng gia nhiệt cảm ứng (sau 2,5 s)

Trang 3


1.1.2.2 Nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc trung tâm nghiên cứu và phát triển
khuôn và công nghệ khuôn, Đại học Chung Yuan Christian, Đài Loan:
“Development of Gas-Assisted Dynamic Mold Temperature Control System
and Its Application for Micro Molding” [11].
Trong nghiên cứu thực nghiệm này, các tác giả phát triển và khảo sát ứng
dụng của hệ thống điều khiển nhiệt độ khuôn sử dụng khí (GMTC) trong việc đúc

các chíp sinh học có một kênh dẫn vi mô trong kết cấu.

Hình 1.4: Sơ đồ thực nghiệm điều khiển nhiệt độ khuôn bằng môi chất khí

Hình 1.5: Biên dạng hình học của chíp và kênh dẫn của nó

Trang 4


Quá trình thực nghiệm cho thấy việc sử dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ
khuôn sử dụng môi chất khí đư tạo ra sự biến thiên nhiệt độ bề mặt khuôn tại những
điểm nhiệt độ mong muốn khác nhau.
Hình 1.6 cho thấy sự phân bố nhiệt của bề mặt tấm khuôn được ghi lại bằng hệ
thống ảnh nhiệt hồng ngoại, sử dụng hệ thống GMTC cho đáp ứng nhiệt đồng đều
tại vị trí mong muốn.
Hình 1.7 chỉ ra các kết quả tính trong một chu kỳ nhiệt để đạt nhiệt độ bề mặt tấm
khuôn mong muốn lần lượt ở mức 100 0C, 110 0C và 120 0C. Mỗi chu kỳ nhiệt bao
gồm quá trình nung nóng từ 60 0C đến nhiệt độ mong muốn sau đó lại làm nguội
xuống mức 60 0C. Nếu sử dụng phương pháp nung nóng bằng môi chất nước thì để
đạt được các mức nhiệt mong muốn nêu ở trên ta cần thời gian tương ứng là 136 s,
158 s và 186 s trong khi đó nếu nung nóng bằng hệ thống GMTC ta chỉ mất lượng
thời gian tương ứng 1 s, 1,5 s và 2 s. Hiệu quả mang lại khi sử dụng hệ thống
GMTC để nung nóng là sự biến thiên nhiệt độ trong khoảng 30 ~ 40 0C/ s.

Hình 1.6: Phân phối nhiệt độ bề mặt tấm khuôn
được đo bằng hệ thống ảnh nhiệt hồng ngoại

Trang 5

Hình 1.7: Sự biến thiên nhiệt độ bề mặt khuôn tại
những nhiệt độ mong muốn khác nhau khi sử dụng GMTC
Hình 1.8 cho thấy hiệu quả đáng kinh ngạc trong việc làm giảm thời gian cho
một chu kỳ nhiệt.
Hệ thống GMTC đưa ra một thể nghiệm tốt cho việc cải thiện độ chính xác lặp lại
khi tiến hành tạo hình cho kênh dẫn vi mô.
Bảng 1.1 liệt kê độ rộng của kênh dẫn và độ chính xác lặp lại khi tiến hành với các
nhiệt độ bề mặt khuôn khác nhau.

Trang 6


Hình 1.8: Biểu đồ so sánh chu kỳ thời gian giữa phương pháp nung nóng bằng khí
và nung nóng/ làm nguội bằng nước

B ng 1.1: Bề rộng kênh dẫn và độ chính xác lặp lại
tại các nhiệt độ bề mặt khuôn khác nhau
1.1.2.3 Nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc phòng thí nghiệm trọng điểm về kết cấu
lỏng và di truyền của vật liệu, Đại học Shandong, Trung Quốc: “Research of
thermal response simulation and mold structure optimization for rapid heat
cycle molding processes, respectively, with steam heating and electric heating”
[13].
Trong nghiên cứu này: giới thiệu 2 chu trình đúc chu kỳ nhiệt nhanh
(RHCM) nung nóng bằng hơi và điện với tiêu chí về thiết kế kết cấu khuôn, bố trí
các kênh nung nóng/ làm nguội đư được đề xuất và thảo luận.

Trang 7


Hình 1.9: Sơ đồ kết cấu khuôn cho 2 chu trình RHCM

Đúc chu kỳ nhiệt nhanh RHCM là một công nghệ đúc kiểu phun ép trong đó
khuôn được nung nóng và làm nguội luân phiên theo yêu cầu về nhiệt độ chảy dẻo
của polymer trong lòng khuôn. Trong một chu kỳ đúc, chu trình RHCM được chia
làm 4 giai đoạn được thể hiện trong hình 1.9.

Trang 8


Hình 1.10: Sơ đồ thay đổi nhiệt độ khuôn trong suốt các chu trình RHCM
Nghiên cứu đư đưa ra 8 trường hợp khảo sát:
No.
Case 1
Case 2
Case 3
Case 4
Case 5
Case 6
Case 7
Case 8

Type of RHCM
Steam heating
Steam heating
Steam heating
Steam heating
Electric heating
Electric heating
Electric heating
Electric heating

Insulation layer
Without
Without
With
With
Without
Without
With
With

Cavity/ core materials
AISI P20
AMPCO 940
AISI P20
AMPCO 940
AISI P20
AMPCO 940
AISI P20
AMPCO 940

B ng 1.2: Các trường hợp được thiết kế cho mô phỏng đáp ứng nhiệt
của các hệ thống RHCM

Trang 9


Hình 1.11: Các đáp ứng nhiệt tại điểm ’B’ nằm tại tâm của bề mặt lòng khuôn
trong suốt quá trình nung nóng RHCM

Trang 10

1.2 M c đích của đ tƠi
- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ bền kéo của mẫu sản phẩm
dạng lưới có chiều dày khác nhau, được tạo hình sử dụng hai loại vật liệu nhựa. Với
kết quả thu thập đư được so sánh, phân tích và đánh giá, tiến hành áp dụng thực tế
sản xuất.
1.3 Nhi m v của đ tƠi vƠ gi i h n của đ tƠi
1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài
- Tìm hiểu về công nghệ ép phun và ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến chất
lượng sản phẩm: cụ thể là khảo sát độ bền kéo của các mẫu ép nhựa.
- Giới thiệu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng.
- Giới thiệu kết cấu khuôn cho thanh chịu kéo (Tensile bar).
- Thiết kế, chế tạo khối insert cho khuôn phục vụ cho quá trình gia nhiệt và điều
chỉnh chiều dày của sản phẩm tại vị trí khảo sát.
- Tiến hành gia nhiệt thử nghiệm, đo nhiệt độ tại vị trí trung tâm của khối nhôm
tạo hình lưới.
- Sử dụng phần mềm ANSYS để khảo sát nhiệt độ tại vị trí trung tâm của tấm
nhôm tạo hình lưới, so sánh với kết quả đo thực tế.
- Ép các sản phẩm trên máy ép phun vật liệu nhựa SW – 120B và tiến hành thí
nghiệm thử lực kéo đứt trên máy kéo vật liệu Instron 3367.
- Thu thập và nhận xét các kết quả đạt được.
1.3.2 Giới hạn của đề tài
- Chỉ khảo sát độ bền kéo của các mẫu sản phẩm nhựa dạng lưới.
- Sản phẩm được tạo hình thông qua công nghệ ép phun.
- Chiều dày lưới lần lượt là: 0,4 mm, 0,6 mm và 0,8 mm.
- Chỉ sử dụng hệ thống gia nhiệt bằng khí với một vòi phun từ bên ngoài cho
lòng khuôn.
- Các mức nhiệt độ gia nhiệt lòng khuôn lần lượt là: 30 0C, 60 0C, 90 0C, 120
0

C, 150 0C.

Trang 11


- Chỉ sử dụng các loại nhựa PA 6, PA 6 + 30% sợi thủy tinh.
1.4 Ph

ng pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp nghiên cứu

thực nghiệm.
1.4.1. Nghiên cứu lý thuyết:
- Công nghệ ép phun.
- Quá trình truyền nhiệt.
- Vật liệu nhựa và thuộc tính.
- Lý thuyết về độ bền kéo của sản phẩm nhựa.
- Xử lý số liệu thực nghiệm.
1.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm:
- Ép các mẫu sản phẩm nhựa trên máy ép nhựa SW – 120B (phụ lục 5).
- So sánh, phân tích giá trị nhiệt độ tại vị trí trung tâm của bề mặt lưới tạo
hình đo được thực tế và khi mô phỏng bằng phần mềm ANSYS.
- Thí nghiệm kéo cho các mẫu sản phẩm đư được ép trên máy kéo vật liệu
Instron 3367 (phụ lục 7).
- Thu thập kết quả và xử lý các số liệu thực nghiệm.

Trang 12

Ch

C

S

ng 2

Lụ THUY T

2.1 Gi i thi u v công ngh ép phun [5, 6, 17]
2.1.1 Nhu cầu thực t vƠ hi u qu kinh t mƠ ph

ng pháp mang l i

Công nghệ ép phun cho phép sản xuất ra sản phẩm có chi tiết rất nhỏ, mà hầu
hết không thể chế tạo bằng phương pháp khác. Lượng phế phẩm rất nhỏ tại các
đường rưnh, cổng phun và sản phẩm bị loại có thể sử dụng lại. Công nghệ mang
tính tiết kiệm chi phí nguyên liệu.
2.1.2 Khái ni m v công ngh ép phun
Công nghệ ép phun là phương pháp gia công tạo sản phẩm bằng phương pháp
gia nhiệt vật liệu nhựa đến một nhiệt độ thích hợp khi đó nhựa được chảy dẻo ra, và
dưới một áp suất lớn được tạo ra bởi máy ép phun, nhựa chảy được phun ép thông
qua hệ thống kênh dẫn vào lòng khuôn, và tiếp tục đùn ép cho đến khi nhựa chảy
lỏng điền đầy khuôn thì dừng lại. Sau đó khuôn được làm nguội và nhựa dẻo đông
cứng lại. Sau đó mở khuôn, tiếp theo sản phẩm được đẩy ra khỏi lòng khuôn nhờ hệ
thống đẩy.
2.1.3 Đặc đi m của công ngh ép phun
Công nghệ ép phun là công nghệ phun nhựa nóng chảy được định lượng chính
xác vào trong lòng khuôn đóng kín với áp lực cao, tốc độ nhanh và sau một thời

gian ngắn sản phẩm được định hình, sản phẩm được lấy ra ngoài. Sau đó tiếp tục
chu kỳ tiếp cho sản phẩm thứ hai. Thời gian từ lúc đóng khuôn, phun nhựa, thời
gian định hình sản phẩm, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, đóng khuôn lại gọi là chu kỳ
của một lần ép sản phẩm.
Ngoài những đặc điểm trên, công nghệ ép phun còn có những đặc điểm sau:
 Sản phẩm gia công khá chính xác theo 3 chiều vì được tạo hình trong khuôn
kín.

Trang 13


 Quá trình nhựa hóa và tạo hình được thực hiện trong 2 giai đoạn riêng biệt,
trong những bộ phận khác nhau của máy: nhựa hóa trong xylanh và tạo hình
trong khuôn.
 Quá trình tạo hình chỉ hình thành sau khi đóng kín hai nửa khuôn lại với
nhau.
 Tùy theo loại nguyên liệu phun ép, mà chế độ nhiệt khác nhau. Đối với nhựa
nhiệt dẻo thì nhiệt độ khuôn thấp hơn nhiệt độ nhựa lỏng. Đối với nhựa nhiệt
rắn thì nhiệt độ khuôn cao hơn nhiệt độ nhựa lỏng.
 Vùng tạo hình của khuôn được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác
dụng lực của pittong đúc gián tiếp qua nhựa lỏng.
 Tùy theo hình dáng hay kích thước của sản phẩm mà chu kỳ ép thay đổi từ
mấy giây đến mấy chục phút.
 Gia công bằng công nghệ ép phun tiết kiệm được nguyên liệu, đồng thời
công đoạn hoàn tất cũng tốn ít thời gian.
u đi m:
 Tạo ra những sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý.
 Tạo ra những sản phẩm có thể tích lớn với tốc độ cao.
 Trên cùng một sản phẩm hình dáng giữa mặt trong và mặt ngoài có thể
khác nhau.

 Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp lại cao.
 Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt
cao nên không cần gia công lại.
 Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc.
Nh

c đi m:

 Lợi nhuận của công nghiệp nhựa không cao.
 Máy ép, thiết bị và các thiết bị phụ trợ đắt (chi phí cao).
 Khó kiểm soát nhiệt độ, độ nhớt, áp suất trong quá trình ép phun.
 Điều khiển quá trình khó khăn, máy móc không phải luôn hoạt động tốt.

Trang 14


2.1.4 Cấu t o chung của máy ép phun
Gồm 5 bộ phận: Hệ thống kẹp, hệ thống khuôn, hệ thống phun, hệ thống hỗ
trợ ép phun, hệ thống điều khiển.

Hình 2.1: Cấu tạo máy ép phun
2.1.4.1 H thống kẹp
Hệ thống kẹp có chức năng đóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ khuôn trong
quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm thoát khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép
phun. Hệ thống này gồm các bộ phận: cụm đẩy của máy (machine ejectors), cụm
kẹp (clamp cylinders), tấm di động (moveable platen), tấm cố định (stationary plate)
và các thanh nối (tie bars).

Hình 2.2: Hệ thống kẹp

Trang 15


2.1.4.2 H thống khuôn
2.1.4.2.1 Các yếu tố cơ bản của khuôn

Hình 2.3: Khuôn cho sản phẩm vỏ dao cắt giấy.
2.1.4.2.2 Chức năng của các yếu tố cơ bản
1. Vít lục giác: liên kết các tấm khuôn và tạo tính thẩm mỹ
2. Vòng định vị: định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun
3. Bạc cuống phun: dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa
4. Khuôn cái: tạo hình sản phẩm
5. Bạc định vị: đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái
6. Tấm kẹp trước: giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép nhựa
7 & 11. Vỏ khuôn cái và khuôn đực: thường được làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn
so với khuôn cái nên giúp giảm giá thành khuôn nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả kinh
tế của khuôn
8. Chốt hồi: hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng

Trang 16