NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG của PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG đến sự XUẤT HIỆN ĐƯỜNG hàn của sản PHẨM NHỰA THÀNH MỎNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.9 MB, 94 trang )
M CL C
Trang tựa
Trang
Quy t đ nh giao đ tƠi
LỦ l ch khoa h c ............................................................................................................... i
L i cam đoan .................................................................................................................. ii
L i c m n .................................................................................................................... iii
Tóm tắt ........................................................................................................................... iv
M c l c .......................................................................................................................... vi
Danh m c các kỦ hi u .................................................................................................... xi
Danh sách các b ng ...................................................................................................... xii
Danh sách các hình ...................................................................................................... xiii
Ch
ng 1 ...........................................................................................................................i
T NG QUAN .................................................................................................................. 1
1.1T ng quan chung ......................................................................................................... 1
1.1.1Đ t v n đ ................................................................................................................ 1
1.1.2 Các công trình nghiên cứu trong vƠ ngoƠi n
c liên quan đ n vi c gia nhi t cho
khuônμ ............................................................................................................................... 2
1.1.2.1 Nghiên cứu c a nhóm tác gi thu c b môn k thu t vƠ khoa h c v t li u, đ i
h c Shangdong, Trung Qu c............................................................................................ 2
1.1.2.2 Nghiên cứu c a nhóm tác gi thu c b môn k thu t c khí, đ i h c Chung
Yuan Christian, ĐƠi Loan. ............................................................................................... 4
1.1.2.3 Nghiên cứu c a nhóm tác gi thu c b môn k thu t c khí, đ i h c Chung
Yuan Christian, ĐƠi Loan. ............................................................................................... 6
1.1.2.4 Nghiên cứu c a nhóm tác gi thu c b môn k thu t c khí, đ i h c Chung
Yuan Christian, ĐƠi Loan. ............................................................................................... 7
1.2 M c đích c a đ tƠi .................................................................................................... 8
vi
1.3 Nhi m v c a đ tƠi vƠ gi i h n đ tƠi ...................................................................... 9
1.3.1 Nhi m v c a đ tƠi ................................................................................................. 9
1.3.2 Gi i h n c a đ tƠi ................................................................................................... 9
1.4 Ph
ng pháp nghiên cứu ........................................................................................... 9
1.4.1 Nghiên cứu lỦ thuy t ............................................................................................... 9
1.4.2 Nghiên cứu th c nghi m ....................................................................................... 10
Ch
ng 2 ........................................................................................................................ 11
C S Lụ THUY T ..................................................................................................... 11
2.1 Gi i thi u v công ngh ép phun ............................................................................. 11
2.1.1 Nhu c u th c t vƠ hi u qu kinh t mƠ ph
ng pháp mang l i ........................... 11
2.1.2 Khái ni m v công ngh ép phun [5]. ................................................................... 11
2.1.3 Đ c đi m c a công ngh ép phun ......................................................................... 12
2.1.4 C u t o chung c a máy ép phun ........................................................................... 13
2.1.4.1 H th ng h trợ ép phun (injection press support system) ................................ 14
2.1.4.1.1 Thơn máy (Frame) ........................................................................................... 14
2.1.4.1.2 H th ng th y l c (Hydraulic system) ............................................................ 14
2.1.4.1.3 H th ng đi n (Electrical system) ................................................................... 15
2.1.4.1.4 H th ng lƠm ngu i (Cooling system) ............................................................ 16
2.1.4.2 H th ng phun (Press system) ............................................................................ 16
2.2 C s lỦ thuy t v đ
ng hƠn trên s n ph m nh a .................................................. 18
2.2.1 Khái ni m .............................................................................................................. 18
2.2.2 Nguyên nhơn ......................................................................................................... 18
2.2.3 Cách khắc ph c ..................................................................................................... 19
2.2.4 nh h
ng c a nhi t đ khuôn đ n s n ph m nh a ............................................. 19
2.3 LỦ thuy t truy n nhi t [6] ........................................................................................ 21
2.3.1 Các ph
ng thức trao đ i nhi t ............................................................................. 21
2.3.1.1 D n nhi t ............................................................................................................ 21
vii
2.3.2 Trao đ i nhi t đ i l u ............................................................................................ 23
2.3.2.1 Quá trình đ i l u ................................................................................................ 23
2.3.2.2 T a nhi t............................................................................................................. 23
2.3.2.3 Trao đ i nhi t bức x ......................................................................................... 24
2.3.2.4 Đ nh lu t Stefan-Baltzman ................................................................................. 27
2.3.3 Truy n nhi t .......................................................................................................... 27
2.3.3.1 Khái ni m: ......................................................................................................... 27
2.3.3.2 Truy n nhi t đẳng nhi t qua t
ng phẳng ......................................................... 28
2.3.3.3 Truy n nhi t đẳng nhi t qua t
ng ng ............................................................. 28
2.4 LỦ thuy t v t li u nh a sử d ng trong công ngh ép phun [7] ................................ 29
2.4.1 Polymer ................................................................................................................. 29
2.4.1.1 Phơn lo i ............................................................................................................. 30
2.4.2 Các tính ch t c a Polymer..................................................................................... 30
2.4.2.1 Đ b n c h c .................................................................................................... 30
2.4.2.2 Đ dai va đ p ..................................................................................................... 31
2.4.2.3 Modun đƠn h i ................................................................................................... 31
2.4.2.4 T tr ng c a nh a .............................................................................................. 32
2.4.2.5 Ch s nóng ch y ............................................................................................... 32
2.4.2.6 Đ co rút c a nh a. ............................................................................................ 33
2.4.2.7 Tính cách đi n .................................................................................................... 33
2.4.2.7 M t s lo i Polymer th
ng g p ........................................................................ 33
2.4.3 Nh a sử d ng lƠm thí nghi m ............................................................................... 34
2.4.3.1 PP (Polypropylene) ............................................................................................ 34
Ch
ng 3 ........................................................................................................................ 36
PH
NG PHÁP THệ NGHI M VẨ MỌ PH NG ...................................................... 36
3.1 Ph
ng pháp thí nghi m cho khuôn phun ép........................................................... 36
3.1.1.1 Tính th m m cho s n ph m .............................................................................. 37
viii
3.1.1.2 Yêu c u k thu t................................................................................................ 38
3.1.2 T m nhôm gia nhi t .............................................................................................. 38
3.1.2.1T m nhôm gia nhi t cho m u thí nghi m 1 ........................................................ 38
3.1.2.2 T m nhôm gia nhi t cho m u thí nghi m 2 ....................................................... 38
3.2 K t c u b khuôn thí nghi m ................................................................................... 39
3.2.1.1 T m kẹp trên. ..................................................................................................... 39
3.2.1.2 T m kẹp d
i ..................................................................................................... 40
3.2.1.3 T m khuôn c đ nh............................................................................................. 41
3.2.1.4 T m đỡ ............................................................................................................... 41
3.2.1.5 T m gi vƠ ty đ y .............................................................................................. 42
3.2.1.7 T m khuôn di đ ng ............................................................................................ 42
3.3 Ph
ng pháp gia nhi t cho khuôn phun ép bằng khí ............................................... 44
3.3.1 Khái quát v ph
ng pháp gia nhi t cho khuôn ép ............................................... 44
3.3.2 Đ c đi m c a ph
ng pháp gia nhi t bằng khí (dùng heater) .............................. 45
3.3.3 Gi i thi u h th ng gia nhi t bằng khí cho khuôn ................................................ 45
3.3.3.3 Đi n tr đ t nóng. .............................................................................................. 48
3.3.3.4 C m bi n nhi t. .................................................................................................. 48
3.3.3.5 B đi u khi n nhi t đ . ...................................................................................... 49
Ch
ng 4 ........................................................................................................................ 58
PHỂN TệCH K T QU MỌ PH NG VẨ THệ NGHI M .......................................... 58
4.1 Phơn tích k t qu mô ph ng .................................................................................... 58
4.1.1 Mô ph ng quá trình gia nhi t t i v trí t m nhôm cho m u thí nghi m 1 ............. 58
4.1.2 Mô ph ng quá trình gia nhi t t i v trí t m nhôm cho m u thí nghi m 2 ............. 60
4.2 Thí nghi m gia nhi t vƠ đo nhi t t m nhôm c a khuôn ........................................... 62
4.2.1 Mô t thí nghi m gia nhi t t i v trí t m nhôm ..................................................... 62
4.2.2 K t qu thí nghi m gia nhi t, v bi u đ vƠ nh n xét ........................................... 62
4.2.2.1 B ng k t qu đo nhi t th c t vƠ mô ph ng cho m u thí nghi m 1 ................... 62
ix
4.2.2.2 B ng k t qu đo nhi t th c t vƠ mô ph ng cho m u thí nghi m 2 ................... 66
4.3 Thí nghi m ép s n ph m .......................................................................................... 69
Ch
ng 5 ........................................................................................................................ 79
K T LU N VẨ KI N NGH ........................................................................................ 79
5.1 Tóm tắt vƠ đánh giá k t qu c a đ tƠi .................................................................... 79
5.2 Đ ngh h
ng phát tri n c a đ tƠi........................................................................ 80
TẨI LI U THAM KH O .............................................................................................. 82
x
DANH M C CÁC Kụ HI U
: h s d n nhi t (h s t l , đ d n nhi t)
Q: nhi t l ợng
F: b m t vuông góc v i ph
ng d n nhi t (m2)
τμ th i gian (s)
tT: nhi t đ c a v t th (0C)
tL: nhi t đ c a l u ch t (ch t l ng ho c khí) (0C)
α: h s c p nhi t (h s t l )
dF: di n tích (m2)
E0: c
ng đ bức x (W/m2)
T: nhi t đ tuy t đ i c a v t th (0K)
Co = 5,7 W/m2k4: h s bức x c a v t đen tuy t đ i.
xi
DANH SÁCH CÁC B NG
B ng
Trang
B ng 2.1: T tr ng m t s ng nguyên li u nh a thông d ng.......................................... 32
B ng 2.2: B ng tra h s co rút (tham kh o) c a m t s lo i nh a ............................... 33
B ng 4.1: K t qu đo nhi t th c t vƠ mô ph ng c a t m nhôm gia nhi t m u thí
nghi m 1 ......................................................................................................................... 63
B ng 4.2: K t qu đo nhi t th c t vƠ mô ph ng c a t m nhôm gia nhi t m u thí
nghi m 2 ......................................................................................................................... 67
xii
DANH SÁCH CÁC HỊNH
Hình
Trang
Hình 1.1: Hai mô hình l
i mô ph ng cho quá trình truy n nhi t cho h th ng gia nhi t
nhanh cho công ngh ép phun ......................................................................................... 2
Hình 1.2μ S phơn b nhi t đ khuôn c a tr
ng hợp 5 vƠ tr
ng hợp 7 sau 15 giơy gia
nhi t .................................................................................................................................. 3
Hình 1.3: Mô hình khuôn th c nghi m gia nhi t bằng c m ứng .................................... 4
Hình 1.4μ Kích th
c c a t m insert v i dƣy các kênh d n có chi u sơu thi t k 120 vƠ
600 m.............................................................................................................................. 5
Hình 1.5μ Các phơn b nhi t đ ợc đo trên m u (bên trái) vƠ đ ợc mô ph ng bằng
ANSYS (bên ph i) trên b m t khuôn bằng gia nhi t c m ứng (sau 2,5 giơy) ............... 5
Hình 1.6μ (a) L p ph b m t cho khuôn tr nhi t (b) Đi n đ y dòng ch y đ ợc d dƠng
h n do hi n t ợng tr nhi t v i l p v t li u cách nhi t .................................................. 6
Hình 1.7μ Các phơn b nhi t đ ợc đo trên m u vƠ đ ợc mô ph ng bằng ANSYS sử
d ng ph
ng pháp c m ứng từ bên d
i ch tiêu nhi t 1200C ....................................... 7
Hình 1.8μ So sánh s thay đ i nhi t đ đo đ ợc cho ph
nóng vƠ gia nhi t bằng n
ng pháp gia nhi t bằng khí
c nóng .................................................................................. 8
Hình 2.1μ C u t o máy ép phun ..................................................................................... 13
Hình 2.2μ Các b ph n c a h th ng h trợ ép phun ..................................................... 14
Hình 2.3μ H th ng th y l c c a máy ép nh a ............................................................. 15
Hình 2.4μ H th ng đi n ................................................................................................ 15
Hình 2.5μ H th ng phun ............................................................................................... 16
Hình 2.6μ Các băng nhi t ............................................................................................... 17
Hình 2.7μ C u t o tr c vít c a máy ép nh a .................................................................. 17
Hình 2.8μ Đ
ng hƠn c a s n ph m nh a ..................................................................... 18
xiii
Hình 2.λμ Nguyên lỦ d n nhi t ...................................................................................... 22
Hình 2.10μ T a nhi t đ i l u ......................................................................................... 23
Hình 2.11μ a: Truy n nhi t đ i l u t nhiên, bμ truy n nhi t đ i l u c ỡng bức .......... 23
Hình 2.12μ Truy n nhi t c ỡng bức .............................................................................. 25
Hình 2.13μ Truy n nhi t đẳng nhi t qua t
ng phẳng .................................................. 28
Hình 2.14μ Truy n nhi t đẳng nhi t qua t
ng ng ...................................................... 29
Hình 3.1: Đ
ng hƠn trên s n ph m ............................................................................. 36
Hình 3.2μ M u thi t k vƠ biên d ng c a s n ph m m u thí nghi m 1 ......................... 37
Hình 3.3μ M u thi t k vƠ biên d ng c a s n ph m m u thí nghi m 2 ......................... 37
Hình 3.4μ T m nhôm gia nhi t cho m u thí nghi m 1 .................................................. 38
Hình 3.5μ T m nhôm gia nhi t cho m u thí nghi m 2 .................................................. 38
Hình 3.6μ Các chi ti t chính c a b khuôn thí nghi m .................................................. 39
Hình 3.7μ T m kẹp trên ................................................................................................. 40
Hình 3.8μ T m kẹp d
i ................................................................................................ 40
Hình 3.λμ Khuôn c đ nh ............................................................................................... 41
Hình 3.10μ T m đỡ ........................................................................................................ 41
Hình 3.11μ T m gi vƠ ty đ y ....................................................................................... 42
Hình 3.12μ T m đ y....................................................................................................... 42
Hình 3.13μ T m khuôn di đ ng cho m u thí nghi m 1 ................................................. 43
Hình 3.14μ T m khuôn di đ ng cho m u thí nghi m 2 ................................................. 43
Hình 3.15μ B khuôn lắp ráp hoƠn ch nh ...................................................................... 44
Hình 3.16μ S xu t hi n đ
ng hƠn khi hai dòng nh a g p nhau ................................. 44
Hình 3.17μ M u thi t k kh i gia nhi t 1 vòi phun ....................................................... 46
Hình 3.18μ Biên d ng kh i gia nhi t 1 vòi phun ........................................................... 46
Hình 3.1λμ M u thi t k kh i gia nhi t 2 vòi phun ....................................................... 47
Hình 3.20μ Biên d ng kh i gia nhi t 2 vòi phun ........................................................... 47
Hình 3.21μ Đi n tr đ t nóng ........................................................................................ 48
xiv
Hình 3.22μ C m bi n nhi t ............................................................................................ 48
Hình 3.23μ B ng thông s c m bi n nhi t ..................................................................... 49
Hình 3.24μ R Le nhi t .................................................................................................. 49
Hình 3.25: Thông s đi u khi n nhi t đ ...................................................................... 50
Hình 3.26μ H th ng gia nhi t ....................................................................................... 50
Hình 3.27μ H th ng gia nhi t cho t m khuôn m u thí nghi m 1 ................................. 51
Hình 3.28μ H th ng gia nhi t cho t m khuôn m u thí nghi m 2 ................................. 52
Hình 3.2λμ Mô ph ng dòng ch y c a khí ...................................................................... 52
Hình 3.30μ Ti n trình gi i bái toán Ansys - CFX .......................................................... 53
Hình 3.31μ Giao di n c n th c hi n c a CFX ............................................................... 53
Hình 4.1μ Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
2000C ................................................................................................... 58
Hình 4.2μ Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
2500C ................................................................................................... 58
Hình 4.3μ Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
3000C ................................................................................................... 59
Hình 4.4μ Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
3500C ................................................................................................... 59
Hình 4.5μ Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
4000C ................................................................................................... 59
Hình 4.6μ Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
2000C ................................................................................................... 60
Hình 4.7μ Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
2500C ................................................................................................... 60
Hình 4.8: Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
3000C ................................................................................................... 61
xv
Hình 4.9: Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
3500C ................................................................................................... 61
Hình 4.10: Phơn b nhi t t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau vƠ nhi t đ
kh i gia nhi t
4000C ................................................................................................... 61
Hình 4.11μ V trí thí nghi m gia nhi t trên t m insert cho m u thí nghi m 1 ............... 62
Hình 4.12μ Đ th so sánh quá trình gia nhi t cho m u thí nghi m 1 ........................... 64
Hình 4.13μ V trí thí nghi m gia nhi t trên t m insert cho m u thí nghi m 2 ............... 66
Hình 4.14μ Đ th so sánh quá trình gia nhi t cho m u thí nghi m 2 ........................... 68
Hình 4.15μ S n ph m nh a ............................................................................................ 70
Hình 4.16μ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn 300C .................... 70
Hình 4.17μ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn 600C .................... 71
Hình 4.18μ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn λ00C .................... 71
Hình 4.1λμ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn 1200C .................. 72
Hình 4.20μ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn 1500C .................. 72
Hình 4.21μ S n ph m nh a ............................................................................................ 74
Hình 4.22μ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn 300C .................... 75
Hình 4.23μ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn 600C .................... 75
Hình 4.24μ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn λ00C .................... 76
Hình 4.25μ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn 1200C .................. 76
Hình 4.26μ Đ
ng hƠn s n ph m b dƠy 0,4 mm
nhi t đ khuôn 1480C .................. 77
xvi
Ch
ng 1
T NG QUAN
1.1 T ng quan chung
1.1.1 Đặt vấn đ
NgƠy nay, v i s phát tri n v ợt b c c a khoa h c k thu t, các s n ph m nh a
đ ợc thi t k vƠ phát tri n theo xu h
ng nhẹ h n, nh h n, m ng h n. Do đó, quá
trình phun ép các s n ph m d ng nƠy đang đ i m t v i các thử thách l n. N u trong
su t quá trình phun ép, nhi t đ khuôn có th duy trì
giá tr cao h n nhi t đ chuy n
pha c a v t li u nh a thì kh năng đi n đ y khuôn v i nh ng chi ti t có kích th
c
micro s tăng lên.
Nhìn chung, n u nhi t đ b m t lòng khuôn cao, quá trình đi n đ y nh a s
đ ợc d dƠng h n, vƠ trong h u h t các tr
ng hợp, ch t l ợng b m t s n ph m s
đ ợc c i thi n đáng k . Tuy nhiên, n u nhi t đ c a các t m khuôn tăng cao, quá trình
gi i nhi t c a khuôn nh a s b kéo dƠi, vƠ chu kỳ phun ép s t n nhi u th i gian, giá
thƠnh s n ph m cǜng s gia tăng. Vì v y, m c tiêu quan tr ng c a quá trình đi u khi n
nhi t đ khuôn phun ép lƠμ gia nhi t cho b m t khuôn đ n nhi t đ yêu c u, nh ng v n
đ m b o th i gian chu kỳ phun ép không quá dƠi.
Đ tăng nhi t đ lòng khuôn, ta có th sử d ng l u ch t lƠ n
NgoƠi ra, ph
ph
c ho c d u nóng.
ng pháp dùng đi n tr cǜng đƣ đ ợc đ xu t vƠ nghiên cứu. Nh ng các
ng pháp nƠy đ u có nh ng h n ch nh t đ nh không th đáp ứng nh ng yêu c u k
thu t c a s n ph m. Vì th , m t k thu t m i đƣ đ ợc nghiên cứu vƠ áp d ng thƠnh
công đ i v i s n ph m yêu c u v đ chính xác có kích th
c micro cǜng nh c tính
c a s n ph m cao. Các nhƠ nghiên cứu đƣ sử d ng l p ph cách nhi t m ng đ ngăn
c n quá trình m t nhi t c a b m t khuôn trong quá trình nh a đi n đ y lòng khuôn.
1
Ph
ng pháp nƠy k t hợp v i ph
ng pháp phun khí nóng vƠo lòng khuôn (gas
heating), nhằm đáp ứng yêu c u gia nhi t nhanh cho b m t khuôn, đƣ đ ợc nghiên cứu
vƠ đánh giá hi u qu .
1.1.2 Các công trình nghiên c u trong vƠ ngoƠi n
c liên quan đ n vi c gia nhi t
cho khuôn:
1.1.2.1 Nghiên cứu c a nhóm tác gi thu c b môn k thu t vƠ khoa h c v t li u, đ i
h c Shangdong, Trung Qu cμ Nghiên cứu quá trình mô ph ng ph n ứng nhi t vƠ t i u
hóa c u trúc khuôn cho quá trình ép chu kỳ gia nhi t nhanh chóng, t
nhi t bằng n
ng ứng v i gia
c vƠ gia nhi t bằng đi n [1].
Trong nghiên cứu nƠy k t qu cho th y rằng l p cách nhi t có th tăng gi i h n
nhi t đ c a chu kỳ gia nhi t nhanh cho công ngh ép phun v i ph
bằng h i n
c vƠ c i thi n t c đ gia nhi t c a chu kỳ gia nhi t nhanh cho công ngh
ép phun v i ph
n
c th
ng pháp gia nhi t
ng pháp gia nhi t bằng đi n. Do đó, ph
ng pháp gia nhi t bằng h i
ng đ ợc sử d ng cho các v t li u polymer mƠ không yêu c u nhi t đ b m t
các khoang cao th
ng nh h n 1600C. Ph
ng pháp gia nhi t bằng đi n thì thích hợp
cho các polymer k thu t có đ b n cao mƠ th
ng có nhi t đ chuy n ti p th y tinh
cao ho c ch y.
Hình 1.1: Hai mô hình l
i mô ph ng cho quá trình truy n nhi t cho h th ng gia
nhi t nhanh cho công ngh ép phun
2
Hình 1.2: S phơn b nhi t đ khuôn c a tr
sau 15 giơy gia nhi t
3
ng hợp 5 vƠ tr
ng hợp 7
1.1.2.2 Nghiên cứu c a nhóm tác gi thu c b môn k thu t c khí, đ i h c Chung
Yuan Christian, ĐƠi Loanμ Bi n thiên nhanh nhi t đ trong vi c h trợ quá trình phun
t o hình các s n ph m vi mô có h s co giƣn l n sử d ng công ngh gia nhi t c m ứng
[2].
Trong nghiên cứu nƠy vi c sử d ng công ngh gia nhi t c m ứng đi n từ k t hợp
v i lƠm ngu i bằng n
c đ ợc dùng đ t o ra s bi n thiên nhanh nhi t đ khuôn. Quá
trình mô ph ng s bi n thiên nhi t đ sử d ng công ngh CAE (ANSYS) k t hợp v i
đo l
ng th c nghi m trên các m u s n ph m (có d ng các kênh d n vi mô) đƣ ch ra
rằng gia nhi t c m ứng có th nhanh chóng tăng nhi t đ b m t khuôn từ 60 0C lên
140 0C trong vòng 3,5 giơy. K t qu mô ph ng đ ợc th c hi n tr
t
ng thích v i k t qu đo l
c đó hoƠn toƠn
ng trên v t m u. Quá trình mô ph ng cǜng cho th y sóng
đi n từ có th thơm nh p vƠo trong ph n đáy c a các kênh d n, t o ra hi u qu
h
nh
ng nhi t cho các đ c tính vi mô. Vi c tăng nhi t đ thông qua gia nhi t c m ứng
giúp c i thi n đ chính xác l p l i cho các chi ti t đ c tính vi mô mƠ không c n tăng
đáng k chu kỳ ép.
Hình 1.3: Mô hình khuôn th c nghi m gia nhi t bằng c m ứng
4
Hình 1.4: Kích th
c c a t m insert v i dƣy các kênh d n có chi u sơu thi t k
120 vƠ 600 m
Hình 1.5: Các phơn b nhi t đ ợc đo trên m u (bên trái) vƠ đ ợc mô ph ng bằng
ANSYS (bên ph i) trên b m t khuôn bằng gia nhi t c m ứng (sau 2,5 giơy)
5
1.1.2.3 Nghiên cứu c a nhóm tác gi thu c b môn k thu t c khí, đ i h c Chung
Yuan Christian, ĐƠi Loanμ Hi u qu c a vi c đi u khi n nhi t đ b m t khuôn khác
nhau vƠ ch t l ợng chi ti t [3].
Trong nghiên cứu nƠy ch ra ph
ng pháp đi u khi n nhi t đ b m t khuôn
khác nhau sử d ng l p v t li u cách nhi t đ đ t đ ợc nhi t đ b m t khuôn nhanh
chóng. Đ nhi t b m t khuôn tăng nhanh v i nhi t đ tăng khác nhau gi a kho ng 50
0
C vƠ 100 0C ho c cao h n. Ph
ng pháp gia nhi t c m ứng từ đ ợc xem lƠ hi u qu
nh t ch trong vòng 2 đ n 4 giơy. Ph
ng pháp gia nhi t bằng h ng ngo i có sử d ng
v t li u cách nhi t thì ph i m t kho ng 15 giơy.
Hình 1.6: (a) L p ph b m t cho khuôn tr nhi t
(b) Đi n đ y dòng ch y đ ợc d dƠng h n do hi n t ợng tr nhi t v i l p v t li u cách
nhi t
6
Hình 1.7: Các phơn b nhi t đ ợc đo trên m u vƠ đ ợc mô ph ng bằng ANSYS sử
d ng ph
ng pháp c m ứng từ bên d
i ch tiêu nhi t 120 0C
1.1.2.4 Nghiên cứu c a nhóm tác gi thu c b môn k thu t c khí, đ i h c Chung
Yuan Christian, ĐƠi Loanμ Đánh giá tính kh thi c a ph
ng pháp gia nhi t bằng khí
nóng cho vi c đi u khi n nhi t đ b m t khuôn trong quá trình phun ép [4].
Ph
0
ng pháp gia nhi t bằng khí nóng có th tăng nhi t đ b m t khuôn từ 60
C đ n 120 0C trong vòng 2 giơy (nghĩa lƠ t c đ trung bình kho ng 300C/giơy) vƠ c n
34 giơy đ nhi t đ tr v 60 0C. Trong khi, ph
ng pháp gia nhi t bằng n
c nóng thì
ph i m t 1λ2 giơy đ có th tăng nhi t đ b m t khuôn từ 600C đ n 1200C vƠ c n 75
giơy đ nhi t đ tr v 60 0C.
7
Hình 1.8: So sánh s thay đ i nhi t đ đo đ ợc cho ph
nóng vƠ gia nhi t bằng n
ng pháp gia nhi t bằng khí
c nóng
1.2 M c đích c a đ tƠi
Hi n nay, v t li u nh a đƣ d n ph bi n trong cu c s ng, các nghiên cứu g n
đơy đang tìm cách s n xu t nh ng s n ph m có kích th
c nh nh chip đi n tử, thi t
b sinh h c, thi t b y t ầ đ u bằng ch t li u nh a. Do đó, ngƠnh công nghi p khuôn
đƣ vƠ đang d n d n ti n thêm m t b
c quan tr ng.
Trong quá trình phun ép, nhi t đ khuôn đóng vai trò quan tr ng trong quá
trình t o hình vƠ nh h
ng tr c ti p đ n ch t l ợng s n ph m nh a. Đơy lƠ m t trong
nh ng nguyên nhơn chính gơy ra khuy t t t đ
ng hƠn. Qua các nghiên cứu tr
c đơy,
vi c ki m soát vƠ đi u khi n nhi t đ khuôn lƠ h t sức c n thi t đ đ t đ ợc ch t l ợng
s n ph m t t nh t. Chính vì v y tác gi ch n đ tƠi “Nghiên cứu nh h
ph
ng pháp gia nhi t bằng khí nóng đ n s xu t hi n đ
ng c a
ng hƠn c a s n ph m nh a
thƠnh m ng” v i m c đích nh sauμ ti n hƠnh gia nhi t lòng khuôn c c b t i v trí có
kh năng xu t hi n đ
ng hƠn cao, sử d ng module gia nhi t bằng khí nóng. Ép ra các
s n ph m sử d ng lo i nh a đ xu t sau đó ti n hƠnh quan sát bằng kính hi n vi vƠ
8
nh n xét k t qu đ t đ ợc. K t qu sau khi đ ợc ki m tra, so sánh vƠ phơn tích s đ ợc
áp d ng vƠo th c t s n xu t.
1.3 Nhi m v c a đ tƠi vƠ gi i h n đ tƠi
1.3.1 Nhi m v c a đ tƠi
-
Tìm hi u v công ngh ép phun vƠ nh h
ng c a nhi t đ khuôn đ n ch t
l ợng s n ph m.
-
Gi i thi u ph
ng pháp gia nhi t cho khuôn phun ép bằng khí nóng.
-
Thi t k , ch t o khuôn vƠ t m insert cho khuôn ph c v cho quá trình gia
nhi t.
-
Ti n hƠnh thí nghi m đo nhi t đ b m t t m insert đ ng th i so sánh v i k t
qu mô ph ng sử d ng ph n m m Ansys.
-
Sử d ng module gia nhi t bằng khí nóng” ti n hƠnh gia nhi t thử nghi m vƠ ép
ra các s n ph m đ ti n hƠnh quan sát bằng kính hi n vi.
-
Th c hi n ép thí nghi m các lo i nh a
nh ng nhi t đ khác nhau.
-
Thu th p vƠ nh n xét các k t qu đ t đ ợc.
1.3.2 Gi i h n c a đ tƠi
Đ tƠi ch kh o sát các m u s n ph m nh a thƠnh m ng có chi u dƠy 0,4 mm
đ ợc ép bằng công ngh ép phun sử d ng h t nh a PP.
1.4 Ph
ng pháp nghiên c u
Ph
ng pháp nghiên cứu lỦ thuy t k t hợp v i ph
nghi m.
1.4.1 Nghiên c u lý thuy t
- Công ngh ép phun
- Quá trình truy n nhi t
- V t li u nh a vƠ thu c tính
- Xử lỦ s li u th c nghi m
9
ng pháp nghiên cứu th c
1.4.2 Nghiên c u thực nghi m
- Ép các m u s n ph m nh a trên máy ép nh a
- S n ph m sau khi ép đ ợc quan sát bằng kính hi n vi
- Thu th p k t qu vƠ xử lỦ s li u th c nghi m.
10
Ch
C
S
ng 2
Lụ THUY T
2.1 Gi i thi u v công ngh ép phun
2.1.1 Nhu cầu thực t vƠ hi u qu kinh t mƠ ph
Hi n nay trên th tr
h c t p nh μ th
ng pháp mang l i
ng có r t nhi u s n ph m nh a. Từ s n ph m lƠ d ng c
c, vi t, hay đ ch i trẻ em,ầ cho đ n các s n ph m phức t p nh μ
bƠn, gh , v đi n tho i, các chi ti t dùng trong ô tô, xe máy,ầ đ u đ ợc lƠm bằng
nh a. Các s n ph m nƠy có hình dáng, mƠu sắc phong phú vƠ chúng đƣ góp ph n cho
cu c s ng ti n nghi h n. Đi u nƠy đ ng nghĩa v i vi c s n ph m nh a mƠ ph n l n t o
ra nh công ngh ép phun đƣ tr thƠnh m t ph n không th thi u trong cu c s ng. V i
các tính ch t nh μ đ dẻo dai, nhẹ, có th tái ch , không có nh ng ph n ứng hóa h c
v i không khí trong đi u ki n bình th
ng,ầ v t li u nh a đƣ thay th các lo i v t li u
khác nh μ sắt, nhôm, đ ng thau,ầ Do đó, nhu c u sử d ng v t li u nh a trong t
ng
lai s còn l n. Đi u nƠy d n đ n ngƠnh công ngh khuôn m u s r t phát tri n.
Công ngh ép phun cho phép s n xu t ra s n ph m có chi ti t r t nh , mƠ h u
h t không th ch t o bằng ph
ng pháp khác. L ợng ph ph m r t nh t i các đ
ng
rƣnh, c ng phun vƠ s n ph m b lo i có th sử d ng l i. Công ngh mang tính ti t ki m
chi phí nguyên li u.
2.1.2 Khái ni m v công ngh ép phun [5].
Công ngh ép phun lƠ ph
ng pháp gia công t o s n ph m bằng ph
ng pháp
gia nhi t v t li u nh a đ n m t nhi t đ thích hợp khi đó nh a đ ợc ch y dẻo ra, vƠ
d
i m t áp su t l n đ ợc t o ra b i máy ép phun, nh a ch y đ ợc phun ép thông qua
h th ng kênh d n vƠo lòng khuôn, vƠ ti p t c đùn ép cho đ n khi nh a ch y l ng đi n
đ y khuôn thì dừng l i. Sau đó khuôn đ ợc lƠm ngu i vƠ nh a dẻo đông cứng l i. Sau
đó m khuôn, ti p theo s n ph m đ ợc đ y ra kh i lòng khuôn nh h th ng đ y.
11
2.1.3 Đặc đi m c a công ngh ép phun
Công ngh ép phun lƠ công ngh phun nh a nóng ch y đ ợc đ nh l ợng chính
xác vƠo trong lòng khuôn đóng kín v i áp l c cao, t c đ nhanh vƠ sau m t th i gian
ngắn s n ph m đ ợc đ nh hình, s n ph m đ ợc l y ra ngoƠi. Sau đó ti p t c chu kỳ ti p
cho s n ph m thứ hai. Th i gian từ lúc đóng khuôn, phun nh a, th i gian đ nh hình s n
ph m, l y s n ph m ra kh i khuôn, đóng khuôn l i g i lƠ chu kỳ c a m t l n ép s n
ph m.
NgoƠi nh ng đ c đi m trên, công ngh ép phun còn có nh ng đ c đi m sau:
-
S n ph m gia công khá chính xác theo 3 chi u vì đ ợc t o hình trong khuôn kín.
-
Quá trình nh a hóa vƠ t o hình đ ợc th c hi n trong 2 giai đo n riêng bi t,
trong nh ng b ph n khác nhau c a máyμ nh a hóa trong xylanh vƠ t o hình
trong khuôn.
-
Quá trình t o hình ch hình thƠnh sau khi đóng kín hai nửa khuôn l i v i nhau.
-
Tùy theo lo i nguyên li u phun ép, mƠ ch đ nhi t khác nhau. Đ i v i nh a
nhi t dẻo thì nhi t đ khuôn th p h n nhi t đ nh a l ng. Đ i v i nh a nhi t
rắn thì nhi t đ khuôn cao h n nhi t đ nh a l ng.
-
Vùng t o hình c a khuôn đ ợc l p đ y nguyên li u thì khuôn m i ch u tác d ng
l c c a pittong đúc gián ti p qua nh a l ng.
-
Tùy theo hình dáng hay kích th
c c a s n ph m mƠ chu kỳ ép thay đ i từ m y
giơy đ n m y ch c phút.
-
Gia công bằng công ngh ép phun ti t ki m đ ợc nguyên li u, đ ng th i công
đo n hoƠn t t cǜng t n ít th i gian.
u đi m:
- T o ra nh ng s n ph m có hình dáng phức t p tùy Ủ.
- T o ra nh ng s n ph m có th tích l n v i t c đ cao.
- Trên cùng m t s n ph m hình dáng gi a m t trong vƠ m t ngoƠi có th khác
nhau.
12
- Kh năng t đ ng hóa vƠ chi ti t có tính l p l i cao.
- S n ph m sau khi ép phun có mƠu sắc phong phú vƠ đ nh n bóng b m t cao
nên không c n gia công l i.
- Phù hợp cho s n xu t hƠng kh i vƠ đ n chi c.
Nh ợc đi m:
- Lợi nhu n c a công nghi p nh a không cao.
- Máy ép, thi t b vƠ các thi t b ph trợ đắt (chi phí cao).
- Khó ki m soát nhi t đ , đ nh t, áp su t trong quá trình ép phun.
- Đi u khi n quá trình khó khăn, máy móc không ph i luôn ho t đ ng t t.
2.1.4 Cấu t o chung c a máy ép phun
G m 5 b ph n:
-
H th ng kẹp.
-
H th ng khuôn.
-
H th ng phun.
-
H th ng h trợ ép phun.
-
H th ng đi u khi n.
Hình 2.1: C u t o máy ép phun
13
2.1.4.1 H th ng h trợ ép phun (injection press support system)
LƠ h th ng giúp v n hƠnh máy ép phun. H th ng nƠy g m 4 h th ng con:
-
Thơn máy (Frame).
-
H th ng th y l c (Hydraulic system).
-
H th ng đi n (Electrical system).
-
H th ng lƠm ngu i (Cooling system).
Hình 2.2: Các b ph n c a h th ng h trợ ép phun
2.1.4.1.1 Thơn máy (Frame)
LƠ h th ng liên k t gi a các h th ng vƠ b ph n máy l i v i nhau lƠm cho
máy ho t đ ng n đ nh vƠ chắc chắn.
2.1.4.1.2 H th ng th y l c (Hydraulic system)
Cung c p l c đ đóng m vƠ khuôn, t o ra vƠ duy trì l c kẹp, lƠm cho tr c vít
quay vƠ chuy n đ ng t i lui, t o ra l c cho ch t đ y vƠ s tr ợt c a lõi m t bên. H
th ng nƠy bao g mμ b m, van, motor, h th ng ng, thùng chứa d u,ầ
14
