TỐI ưu HOÁ QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH mô PHỎNG ép PHUN sản PHẨM NHỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM

M CL C
TRANG T A
QUY T Đ NH GIAO Đ TÀI
Lụ L CH KHOA H C ............................................................................................... i
L I CAM ĐOAN .......................................................................................................ii
L IC M

N ........................................................................................................... iii

TịM T T ..................................................................................................................iv
M C L C ..................................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC CH

VI T T T ....................................................................xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH..................................................................................... xiii
DANH SÁCH CÁC B NG .................................................................................. xviii
DANH SÁCH CÁC BI U Đ ................................................................................ xx
Ch

ng 1 T NG QUAN ........................................................................................... 1
1.1 T NG QUAN V ÉP PHUN S N PHẨM NH A ................................. 1
1.1.1 Hi u sơ lược v công nghệ ép phun .................................................. 8
1.1.2 Cấu t o máy ép phun ......................................................................... 8
1.1.2.1 Hệ thống kẹp .......................................................................... 9
1.1.2.1.1 Đặc đi m hệ thống kẹp .............................................. 9
1.1.2.1.2 Ch c năng và cấu t o hệ thống kẹp ........................... 9
1.1.2.2 Hệ thống khuôn................................................................... 10
1.1.2.3 Hệ thống phun...................................................................... 11
1.1.2.3.1 Phễu cấp liệu (hopper) ............................................. 11
1.1.2.3.2 Khoang ch a liệu (barrel) ........................................ 11

1.1.2.3.3 Các băng gia nhiệt (heater band) ............................. 11
1.1.2.3.4 Trục vít (screw) ........................................................ 11
1.1.2.3.5 ộ hồi tự h (non-return assembly) ........................ 12
1.1.2.3.6 Vòi phun (Nozzle) ................................................... 12
1.1.2.4 Hệ thống đi u khi n ............................................................ 13
1.1.2.5 Hệ thống hỗ trợ ép phun ...................................................... 14
1.1.2.5.1 Thân máy (Frame) ................................................... 14
1.1.2.5.2 Hệ thống th y lực (Hydraulic system) .................... 14

vi


1.1.2.5.3 Hệ thống điện ........................................................... 14
1.1.2.5.4 Hệ thống làm nguội ................................................. 15
1.1.3 Cấu t o khuôn .................................................................................. 15
1.1.3.1 Giới thiệu v khuôn ............................................................. 15
1.1.3.2 Cấu t o khuôn đơn gi n gồm các bộ phận .......................... 16
1.1.4 Nguyên lý ho t động c a máy ép phun ........................................... 16
1.1.5 Phân lo i máy ép phun .................................................................... 17
1.1.5.1 Phân lo i theo cấu tr c......................................................... 17
1.1.5.2 Phân lo i theo quá trình phát tri n. ..................................... 18
1.1.6

u, nhược đi m c a công nghệ ép phun ......................................... 18
1.1.6.1

u đi m ............................................................................... 18

1.1.6.2 Nhược đi m.......................................................................... 18
1.2 K T QU NGHIểN C U TRểN TH GI I VÀ VI T NAM .......... 18

1.2.1 Trên thế giới..................................................................................... 18
1.2.2 T i Việt Nam ................................................................................... 19
1.2.3 Tính cấp thiết c a đ tài................................................................... 20
1.2.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn c a đ tài ........................................ 20
1.2.4.1 Ý nghĩa khoa học ................................................................. 20
1.2.4.2 Ý nghĩa thực tiễn.................................................................. 20
1.2.5 Mục đích c a đ tài.......................................................................... 20
1.2.6 Đối tượng nghiên c u ...................................................................... 20
1.2.7 Nhiệm vụ c a đ tài và giới h n đ tài ............................................ 21
1.2.7.1 Nhiệm vụ c a đ tài ............................................................. 21
1.2.7.2 Giới h n đ tài...................................................................... 21
1.2.8 Phương pháp nghiên c u ................................................................. 21
Ch

ng 2 C

S

Lụ THUY T ............................................................................. 22

2.1 THI T K S N PHẨM ........................................................................... 22
2.1.1 Giới thiệu chi tiết ............................................................................. 22
2.1.2 Các bước thiết kế s n phẩm ............................................................. 22
2.1.3 Đặc tính vật liệu, khối lượng, th tích s n phẩm ............................ 24
2.1.3.1 Đặc tính vật liệu chế t o ...................................................... 24
2.1.3.2 Khối lượng và th tích ......................................................... 24
vii


2.1.3.3 G c thoát khuôn c a s n phẩm............................................ 25

2.2 THI T K B

KHUỌN........................................................................... 25

2.2.1 Tính số lòng khuôn .......................................................................... 25
2.2.2 Thiết kế khuôn ................................................................................. 25
2.2.2.1 T o mặt phân khuôn cho chi tiết ......................................... 25
2.2.2.2 Các bước cơ b n tách khuôn ............................................... 26
2.3 CH T O B

KHUỌN ............................................................................ 28

2.3.1 Hệ thống kênh d n nhựa .................................................................. 28
2.3.1.1 Miệng phun .......................................................................... 28
2.3.1.2 Kênh d n .............................................................................. 29
2.3.1.3 Cuống phun .......................................................................... 30
2.3.2 Hệ thống d n hướng ........................................................................ 31
2.3.2.1 Trục d n hướng .................................................................... 32
2.3.2.2

c d n hướng ..................................................................... 32

2.3.3 Hệ thống đẩy .................................................................................... 33
2.3.3.1 Tấm đẩy ............................................................................... 33
2.3.3.2 Tấm đ ................................................................................. 34
2.3.3.3 Tấm gi ................................................................................ 34
2.3.3.4 Ty lõi .................................................................................... 35
2.3.3.5 Chốt d n hướng.................................................................... 35
2.3.3.6 Lò xo .................................................................................... 36
2.3.3.7 Bulong .................................................................................. 36

2.3.4 Hai tấm kẹp ...................................................................................... 37
2.3.4.1 Tấm kẹp trên ........................................................................ 38
2.3.4.2 Tấm kẹp dưới ....................................................................... 38
2.3.5 Vòng định vị .................................................................................... 39
2.3.6

c cuống phun ............................................................................... 39

2.3.7 Khối chèn vào t i kênh d n và miệng phun (Gate AL và Gate
POM) ......................................................................................................... 40
2.3.7.1 Gate AL ................................................................................ 40
2.3.7.2 Gate POM ............................................................................ 41
2.3.8 ộ khuôn sau khi l p ráp ................................................................. 41

viii


2.3.9 Gá khuôn lên máy ................................................................... 42
2.3.10 Thiết kế hai gối đ ................................................................ 42
2.3.11 ộ khuôn hoàn chỉnh ............................................................ 43
2.4 QUÁ TRÌNH ÉP ........................................................................................ 43
2.4.1 Giới thiệu v máy ép được s dụng ................................................ 43
2.4.2 Thiết lập thông số máy ép ............................................................... 45
2.4.2.1 Vận tốc phun nhựa ............................................................... 45
2.4.2.2 Vận tốc quay trục vít đ lấy nhựa ........................................ 45
2.4.2.3 Áp suất kẹp khuôn ............................................................... 45
2.4.2.4 Nhiệt độ sấy c a nhựa.......................................................... 45
2.4.3 Ép s n phẩm ..................................................................................... 45
2.4.3.1 Nhiệt độ 1800C, áp suất 75 bar ............................................ 45
2.4.3.2 Nhiệt độ 1900C, áp suất 55 bar ............................................ 45

2.4.3.3 Nhiệt độ 1900C, áp suất 75 bar ............................................ 46
2.4.3.4 Nhiệt độ 1950C, áp suất 55 bar ............................................ 46
2.4.3.5 Nhiệt độ 2000C, áp suất 55 bar ............................................ 46
2.4.3.6 Nhiệt độ 2000C, áp suất 75 bar ............................................ 47
2.4.3.7 Nhiệt độ 2050C, áp suất 45 bar ............................................ 47
2.4.3.8 Nhiệt độ 2050C, áp suất 55 bar ............................................ 47
2.4.3.9 Nhiệt độ 2050C, áp suất 60 bar ............................................ 48
2.4.3.10 Nhiệt độ 2050C, áp suất 65 bar .......................................... 48
2.4.3.11 Nhiệt độ 2050C, áp suất 70 bar .......................................... 48
2.4.3.12 Nhiệt độ 2050C, áp suất 75 bar .......................................... 49
2.4.3.13 Nhiệt độ 2150C, áp suất 50 bar .......................................... 49
2.4.3.14 Nhiệt độ 2150C, áp suất 55 bar .......................................... 49
2.4.3.15 Nhiệt độ 2150C, áp suất 75 bar .......................................... 50
2.4.3.16 Nhiệt độ 2150C, áp suất 80 bar .......................................... 50
Ch ng 3 ĐÁNH GIÁ S
NH H
NG C A NHI T Đ , ÁP SU T Đ N
Đ CHệNH XÁC C A CHI TI T ......................................................................... 51
3.1 CÁC V N Đ C N GI I QUY T ......................................................... 51
3.2 NH H
NG C A NHI T Đ Đ N Đ CHệNH XÁC C A CHI
TI T ........................................................................................................................... 51

ix


3.2.1 Áp suất 55 ar ................................................................................. 51
3.2.2 Áp suất 75 ar ................................................................................. 55
3.3 NH H
NG C A ÁP SU T Đ N S CHệNH XÁC C A CHI

TI T ........................................................................................................................... 57
3.3.1 Xét

nhiệt độ 2000C ....................................................................... 57

3.3.2 Xét

nhiệt độ 2050C ....................................................................... 58

3.3.3 Xét

nhiệt độ 2150C ....................................................................... 60

3.4. TỊM NHI T Đ VÀ ÁP SU T Cị SAI L CH KệCH TH
C NH
NH T ......................................................................................................................... 61
3.5 Tìm ph

ng trình h i quy ........................................................................ 64

3.5.1 T i kho ng cách 40 mm .................................................................. 64
3.5.2 T i kho ng cách 60 mm .................................................................. 64
3.5.3 T i kho ng cách 80 mm .................................................................. 64
3.5.4 T i kho ng cách 100 mm ................................................................ 65
3.6 NH N XÉT K T QU X

Lụ S

LI U ............................................. 65

3.6.1 Sự nh hư ng c a nhiệt độ đến độ chính xác c a chi tiết............... 65
3.6.2 Sự nh hư ng c a áp suất đến độ chính xác c a chi tiết ................ 65
3.6.3 Giá trị nhiệt độ và áp suất mà kích thước c sai lệch thấp nhất ..... 65
Ch ng 4 K T QU PHỂN TệCH S N PHẨM B NG PH N M M
MOLDFLOW 2013 .................................................................................................. 66
4.1 CH N CÁC THỌNG S

Đ U VÀO ..................................................... 66

4.2 PHỂN TệCH MỌ PH NG S N PHẨM ................................................ 68
4.2.1 Nhiệt độ gia công là 1900C, áp suất 55 bar ..................................... 68
4.2.2 Nhiệt độ gia công là 1950C, áp suất 55 bar ..................................... 71
4.2.3 Nhiệt độ gia công là 2000C, áp suất 55 bar ..................................... 72
4.2.4 Nhiệt độ gia công là 2050C, áp suất 55 bar ..................................... 73
4.2.5 Nhiệt độ gia công là 2150C, áp suất 55 bar ..................................... 74
4.2.6 Nhiệt độ gia công là 1800C, áp suất 75 bar ..................................... 75
4.2.7 Nhiệt độ gia công là 1900C, áp suất 75 bar ..................................... 76
4.2.8 Nhiệt độ gia công là 2000C, áp suất 75 bar ..................................... 77
4.2.9 Nhiệt độ gia công là 2050C, áp suất 75 bar ..................................... 78
4.2.10 Nhiệt độ gia công là 2150C, áp suất 75 bar ................................... 79
4.2.11 Nhiệt độ gia công là 2050C, áp suất 45 bar ................................... 80
x


4.2.12 Nhiệt độ gia công là 2050C, áp suất 60 bar ................................... 81
4.2.13 Nhiệt độ gia công là 2050C, áp suất 65 bar ................................... 82
4.2.14 Nhiệt độ gia công là 2050C, áp suất 70 bar ................................... 83
4.2.15 Nhiệt độ gia công là 2150C, áp suất 50 bar ................................... 84
4.2.16 Nhiệt độ gia công là 2150C, áp suất 80 bar ................................... 85
4.3 K T QU PHỂN TệCH MỌ PH NG ................................................... 86

Ch

ng 5 K T LU N ............................................................................................. 87

5.1 NH H
NG C A NHI T Đ VÀ ÁP SU T Đ N KệCH TH
C
S N PHẨM ............................................................................................................... 87
5.2 K T QU PHỂN TệCH MỌ PH NG B NG PH N M M SO V I
S N PHẨM TH C T ........................................................................................... 87
TÀI LI U THAM KH O ....................................................................................... 88

xi


DANH SÁCH CÁC CH
CAE:

Computer Aided Engineering

PP:

Polypropylen

PE:

Polyetylen

HDPE:

Hight Density Polyetylen

PS:

Polystyrene

ABS:

Acrylonitil Butadien Styren

xii

VI T T T


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1 Tỉ số S/N với nhiệt độ nhựa (ºC)...................................................................6
Hình 1.2 Tỉ số S/N với áp suất phun ............................................................................7
Hình 1.3 Tỉ số S/N với với áp suất đ ng khuôn ..........................................................7
Hình 1.4 Tỉ số S/N với th i gian gi ............................................................................7
Hình 1.5 S n phẩm ép phun [3] ...................................................................................8
Hình 1.6 Máy ép phun [1] ............................................................................................9
Hình 1.7 Cụm đẩy c a máy [1] ....................................................................................9
Hình 1.8 Cụm kìm [1] ................................................................................................10
Hình 1.9 Hệ thống phun [1] .......................................................................................11
Hình 1.10 Cấu t o trục vít [1] ....................................................................................12
Hình 1.11 Vòi phun [1] ..............................................................................................13
Hình 1.12 Hệ thống đi u khi n [1] ............................................................................13
Hình 1.13 Hệ thống hỗ trợ ép phun [1] ......................................................................14
Hình 1.14 Cấu t o bộ khuôn [2] .................................................................................16

Hình 1.15 Nguyên lý ho t động c a máy ép phun [1] ...............................................17
Hình 1.16 V hộp máy quay camera [11] ..................................................................19
Hình 2.1 Chi tiết .........................................................................................................22
Hình 2.2

n v chi tiết ..............................................................................................22

Hình 2.3 Lệnh extrude ................................................................................................23
Hình 2.4 S n phẩm .....................................................................................................23
Hình 2.5 Hộp tho i Mass properties ..........................................................................24
Hình 2.6 Extrude Surface ...........................................................................................25
Hình 2.7 Vào môi trư ng tách khuôn ........................................................................26
Hình 2.8 L p chi tiết vào môi trư ng tách khuôn ......................................................26
Hình 2.9 T o phôi .......................................................................................................27
Hình 2.10 Nhập hệ số co r t.......................................................................................27
Hình 2.11 Lòng khuôn đ được tách ..........................................................................27

xiii


Hình 2.12 Kích thước lòng khuôn ..............................................................................28
Hình 2.13 Kích thước Gate [2] ...................................................................................29
Hình 2.14 Kênh d n tròn [2] ......................................................................................30
Hình 2.15 Cuống phun [2]..........................................................................................30
Hình 2.16

c cuống phun .........................................................................................30

Hình 2.17 Hình nh thực tế b c cuống phun .............................................................31
Hình 2.18 Hệ thống d n hướng [2] ............................................................................31

Hình 2.19 Hệ thống d n hướng đ l p lên hai tấm khuôn [2] ...................................31
Hình 2.20 Hình nh thực tế ........................................................................................32
Hình 2.21 Trục d n hướng .........................................................................................32
Hình 2.22

c d n hướng...........................................................................................33

Hình 2.23 Tấm đẩy .....................................................................................................33
Hình 2.24 Hình nh tấm đẩy ......................................................................................34
Hình 2.25 Tấm gi .....................................................................................................34
Hình 2.26 Hình nh tấm gi .......................................................................................35
Hình 2.27 Ty lõi .........................................................................................................35
Hình 2.28 Hình nh ty lõi ...........................................................................................35
Hình 2.29 Chốt d n hướng .........................................................................................36
Hình 2.30 Hình nh chốt d n hướng ..........................................................................36
Hình 2.31 Lò xo ..........................................................................................................36
Hình 2.32 Bulong .......................................................................................................37
Hình 2.33 Hệ thống đẩy [2] ........................................................................................37
Hình 2.34 Hình nh hệ thống đẩy ..............................................................................37
Hình 2.35 Tấm kẹp trên ..............................................................................................38
Hình 2.36 Tấm kẹp dưới ............................................................................................39
Hình 2.37 Vòng định vị ..............................................................................................39
Hình 2.38 Vòng định vị và b c cuống phun đ được l p lên tấm kẹp trên ...............40
Hình 2.39 Gate được l p trên tấm khuôn dưới ..........................................................41
Hình 2.40 Vị trí l p Gate POM trên tấm khuôn dưới ................................................41
Hình 2.41 Phần di động và phần cố định ...................................................................41
xiv


Hình 2.42 ộ khuôn sau khi l p ráp...........................................................................42

Hình 2.43 Hai gối đ ..................................................................................................42
Hình 2.44 ộ khuôn đ được gá hai gối bên dưới .....................................................43
Hình 2.45 Máy ép nhựa .............................................................................................43
Hình 2.46 Khi ép

1800C, áp suất 75 bar .................................................................45

Hình 2.47 Khi ép

1900C, áp suất 55 bar .................................................................45

Hình 2.48 Khi ép

1900C, áp suất 75 bar .................................................................46

Hình 2.49 Khi ép

1950C, áp suất 55 bar .................................................................46

Hình 2.50 Khi ép

2000C, áp suất 55 bar .................................................................46

Hình 2.51 Khi ép

2000C, áp suất 75 bar .................................................................47

Hình 2.52 Khi ép

2050C, áp suất 45 bar .................................................................47

Hình 2.53 Khi ép

2050C, áp suất 55 bar .................................................................47

Hình 2.54 Khi ép

2050C, áp suất 60 bar .................................................................48

Hình 2.55 Khi ép

2050C, áp suất 65 bar .................................................................48

Hình 2.56 Khi ép

2050C, áp suất 70 bar .................................................................48

Hình 2.57 Khi ép

2050C, áp suất 75 bar .................................................................49

Hình 2.58 Khi ép

2150C, áp suất 50 bar .................................................................49

Hình 2.59 Khi ép

2150C, áp suất 55 bar .................................................................49

Hình 2.60 Khi ép

2150C, áp suất 75 bar .................................................................50

Hình 2.61 Khi ép

2150C, áp suất 80 bar .................................................................50

Hình 3.1 Thước kẹp điện t .......................................................................................51
Hình 3.2 Khi ép

2000C, áp suất 55 bar ...................................................................54

Hình 3.3 Khi ép

1900C, áp suất 55 bar ...................................................................54

Hình 4.1 S n phẩm .....................................................................................................66
Hình 4.2 Lưu file .igs .................................................................................................66
Hình 4.3 Chọn ki u Import ........................................................................................67
Hình 4.4 Kết qu mesh ...............................................................................................67
Hình 4.5 Chọn quá trình phân tích .............................................................................67
xv


Hình 4.6 Chọn vật liệu ...............................................................................................68
Hình 4.7 Chọn vị trí vào nhựa ....................................................................................68
Hình 4.8 Nhiệt độ gia công ........................................................................................69
Hình 4.9 Áp suất gia công ..........................................................................................69
Hình 4.10 Th i gian đi n đầy.....................................................................................70
Hình 4.11 Lệch theo hướng X ....................................................................................70

Hình 4.12 Th i gian đi n đầy.....................................................................................71
Hình 4.13 Lệch theo hướng X ....................................................................................71
Hình 4.14 Th i gian đi n đầy.....................................................................................72
Hình 4.15 Lệch theo hướng X ....................................................................................72
Hình 4.16 Th i gian đi n đầy.....................................................................................73
Hình 4.17 Lệch theo hướng X ....................................................................................73
Hình 4.18 Th i gian đi n đầy.....................................................................................74
Hình 4.19 Lệch theo hướng X ....................................................................................74
Hình 4.20 Th i gian đi n đầy.....................................................................................75
Hình 4.21 Lệch theo hướng X ....................................................................................75
Hình 4.22 Th i gian đi n đầy.....................................................................................76
Hình 4.23 Lệch theo hướng X ....................................................................................76
Hình 4.24 Th i gian đi n đầy.....................................................................................77
Hình 4.25 Lệch theo hướng X ....................................................................................77
Hình 4.26 Th i gian đi n đầy.....................................................................................78
Hình 4.27 Lệch theo hướng X ....................................................................................78
Hình 4.28 Th i gian đi n đầy.....................................................................................79
Hình 4.29 Lệch theo hướng X ....................................................................................79
Hình 4.30 Th i gian đi n đầy.....................................................................................80
Hình 4.31 Lệch theo hướng X ....................................................................................80
Hình 4.32 Th i gian đi n đầy.....................................................................................81
Hình 4.33 Lệch theo hướng X ....................................................................................81
Hình 4.34 Th i gian đi n đầy.....................................................................................82
Hình 4.35 Lệch theo hướng X ....................................................................................82
xvi


Hình 4.36 Th i gian đi n đầy.....................................................................................83
Hình 4.37 Lệch theo hướng X ....................................................................................83
Hình 4.38 Th i gian đi n đầy.....................................................................................84

Hình 4.39 Lệch theo hướng X ....................................................................................84
Hình 4.40 Th i gian đi n đầy.....................................................................................85
Hình 4.41 Lệch theo hướng X ....................................................................................85

xvii


DANH SÁCH CÁC B NG
ng 1.1 Tính chất vật liệu Polypropylene..................................................................4
ng 1.2 Các thông số quá trình và m c độ ................................................................4
ng 1.3 ố trí trực giao L27 ......................................................................................4
ng 1.4 Giá trị co rút và tỉ số S/N cho nhựa PP ........................................................6
ng 1.5 Đáp ng c a tỉ số S/N cho nhựa PP .............................................................6
ng 2.1 Thông số kỹ thuật c a máy .........................................................................44
ng 3.1 Kích thước cách miệng phun 40 mm, áp suất 55 bar .................................52
ng 3.2 Kích thước cách miệng phun 60 mm, áp suất 55 bar .................................52
ng 3.3 Kích thước cách miệng phun 80 mm, áp suất 55 bar .................................52
ng 3.4 Kích thước cách miệng phun 100 mm, áp suất 55 bar ...............................53
ng 3.5 Kích thước cách miệng phun 40 mm, áp suất 75 bar .................................55
ng 3.6 Kích thước cách miệng phun 60 mm, áp suất 75 bar .................................55
ng 3.7 Kích thước cách miệng phun 80 mm, áp suất 75 bar .................................55
ng 3.8 Kích thước cách miệng phun 100 mm, áp suất 75 bar ...............................56
ng 3.9 Kích thước chi tiết t i nhiệt độ 2000C với áp suất 55 và 75 bar ................57
ng 3.10 Kích thước cách miệng phun 40 mm, nhiệt độ 2050C .............................58
ng 3.11 Kích thước cách miệng phun 60 mm, nhiệt độ 2050C .............................58
ng 3.12 Kích thước cách miệng phun 80 mm, nhiệt độ 2050C .............................59
ng 3.13 Kích thước cách miệng phun 100 mm, nhiệt độ 2050C ...........................59
ng 3.14 Kích thước cách miệng phun 40 mm, nhiệt độ 2150C ............................60
ng 3.15 Kích thước cách miệng phun 60 mm, nhiệt độ 2150C .............................60
ng 3.16 T ng hợp các kích thước

nhiệt độ và áp suất khác nhau .....................62

ng 3.17 T ng hợp các kích thước

nhiệt độ và áp suất khác nhau ......................62

ng 3.18 T ng hợp các kích thước

nhiệt độ và áp suất khác nhau ......................63

ng 3.19 T ng hợp các kích thước

nhiệt độ và áp suất khác nhau ......................63

xviii


ng 4.1 Lệch theo phương vuông g c với dòng ch y (phương X) .........................86

xix


DANH SÁCH CÁC BI U Đ
i u đồ 3.1 Kích thước trung bình t i các đi m cách miệng phun 40 mm, 60
mm, 80 mm, 100 mm, áp suất 55 bar .........................................................................53
i u đồ 3.2 Kích thước trung bình t i các đi m cách miệng phun 40 mm, 60
mm, 80 mm, 100 mm, áp suất 75 bar.........................................................................56
i u đồ 3.3 Kích thước trung bình t i các đi m cách miệng phun 40 mm, 60
mm, 80 mm, 100 mm t i nhiệt độ 2050C ...................................................................59

i u đồ 3.4 Kích thước trung bình t i các đi m cách miệng phun 40 mm, 60
mm, nhiệt độ 2150C ....................................................................................................61

xx


ng 1

Ch

T NG QUAN
1.1 T NG QUAN V ÉP PHUN S N PHẨM NH A
- Ép phun là một quá trình nhi u thách th c đối với các nhà s n xuất và
nghiên c u đ t o ra các s n phẩm đ t yêu cầu với chi phí thấp nhất. Một trong
nh ng mục tiêu chính c a công nghệ ép phun là nâng cao chất lượng c a s n phẩm
nhựa đồng th i r t ng n chu kỳ ra s n phẩm, gi m chi phí s n xuất.
- Các yếu tố nh hư ng đến s n phẩm nhựa bao gồm: thiết kế chi tiết, thiết kế
khuôn, gia công khuôn và đi u kiện ép phun.
- Một trong nh ng vấn đ quan trọng trong ép phun nhựa là độ chính xác
kích thước s n phẩm. Kích thước s n phẩm phụ thuộc vào ba yếu tố:
+ Lo i nhựa và chất phụ gia
+ Hệ số co r t khi thiết kế khuôn
+ Thông số ép phun
- Khi bộ khuôn đ được hoàn thiện, chất lượng s n phẩm s phụ thuộc vào
thông số ép phun. Khi đ kích thước s n phẩm chỉ c th đi u chỉnh bằng cách thay
đ i thông số ép phun.
- Với các lo i khuôn ép phun và các vật liệu nhựa thông dụng, kích thước s n
phẩm bị nh hư ng b i độ co r t c a nhựa. Trong khi đ , độ co r t s thay đ i theo
các hướng và vị trí khác nhau khi thông số ép phun thay đ i.
- Việc tối ưu h a các thông số quá trình ép phun c

nh hư ng rất lớn đến

năng suất, chất lượng và chi phí s n xuất c a ngành công nghiệp khuôn nhựa.
- Trong quá trình phun ép, áp suất phun (injection pressure P), th tích nhựa
(melt volume V) và nhiệt độ nhựa (melt temperature T) luôn c
nhau.

nh hư ng l n

nh hư ng gi a các thông số này luôn thay đ i đối với nh ng lo i vật liệu

khác nhau. Sự nh hư ng c a các yếu tố khác như nhiệt độ khuôn hoặc th i gian
đi n đầy,… đ u nh hư ng đến độ co r t c a s n phẩm nhựa.

1


- Sau khi làm nguội s n phẩm nhựa đến nhiệt độ m khuôn trong lòng khuôn
trước khi được lấy ra, n s tiếp tục co r t bên ngoài lòng khuôn cho đến khi đ đ t
đến nhiệt độ môi trư ng.
- Nhi u công trình nghiên c u tập trung vào nh ng nh hư ng quan trọng
c a thông số quá trình ép phun đến chất lượng s n phẩm, đặc biệt với s n phẩm
m ng, nhẹ và nh như sau:
+ Nh ng yếu tố nh hư ng đến cong vênh c a chi tiết ép phun thành m ng
ng dụng phương pháp Taguchi [5-6].
+ Mô ph ng và thực nghiệm đ xác định các thông số ép phun cho s n phẩm
nhựa thành m ng [7].
+ Tối ưu h a cong vênh trên s n phẩm ép phun thành m ng [8-9].
- Quy ho ch thực nghiệm thống kê là một thành phần quan trọng trong việc

thiết kế và phát tri n s n phẩm và quá trình s n xuất. Trong nhi u năm qua đ c
nhi u sự phát tri n trong quy ho ch thực nghiệm, đi c ng với sự lớn m nh c a
nh ng ng dụng trong kỹ thuật. Nh ng lĩnh vực ng dụng quy ho ch thực nghiệm
tiêu bi u bao gồm đặc tính h a s n phẩm và quá trình, đi u khi n và n định, tối ưu
h a quá trình và thiết kế quá trình và s n phẩm đ đ t sự b n v ng. Phương pháp
quy ho ch thực nghiệm ph hợp với tối ưu h a các thông số c a quá trình ép phun.
Sự phát tri n hiện t i c a quy ho ch thực nghiệm thống kê đ tr i qua bốn kỷ
nguyên. Kỷ nguyên nông nghiệp đầu tiên được d n d t b i R. A. Fisher trong nh ng năm
1920 và 1930. Kỷ nguyên th hai hay kỷ nguyên công nghiệp được xúc tiến b i sự phát
tri n c a phương pháp b mặt đáp ng (RSM) c a Box và Wilson (1951). Sự quan tâm
ngày càng tăng c a n n công nghiệp phương Tây trong c i tiến chất lượng b t đầu trong
nh ng năm 1970 báo hiệu kỷ nguyên th ba c a quy ho ch thống kê. Công việc c a giáo
sư Genechi Taguchi c nh ng nh hư ng quan trọng trong việc m rộng sự quan tâm và
ng dụng quy ho ch thực nghiệm. Kỉ nguyên th tư là sự phát tri n nh ng phương pháp
thay thế phương pháp Taguchi đ nâng cao hiệu qu trong ng dụng thực tiễn.
Trước đây các kĩ sư s n xuất s dụng phương pháp th sai đ xác định các thiết lập
thông số tối ưu cho quá trình ép phun. Tuy nhiên phương pháp này không thích hợp cho
quá trình ép phun hiện t i b i vì sự ph c t p ngày càng tăng trong thiết kế s n phẩm.

2


Các nghiên c u tối ưu h a thông số ép phun hiện t i thư ng ng dụng phương pháp
Taguchi, s dụng một bố trí đặc biệt các d y trực giao đ nghiên c u toàn bộ không gian
các yếu tố với một số lượng nh các thí nghiệm. Tuy nhiên phương pháp này c ng c một
số nhược đi m.
Phương pháp Taguchi thực hiện tối ưu h a một thiết kế quá trình hay s n phẩm và
dựa trên ba giai đo n như sau:
a.

Thiết kế ý tư ng hay thiết kế hệ thống

b.

Thiết kế tham số

c.

Thiết kế dung sai

Giai đo n thiết kế ý tư ng tập hợp các kiến th c và kinh nghiệm kĩ thuật đ giúp
nhà thiết kế chọn nh ng đi u thích hợp nhất cho s n phẩm dự định. Trong giai đo n thiết
kế tham số, thiết lập tốt nhất c a các yếu tố đi u khi n được quyết định. Đây là giai đo n
quan trọng nhất vì nó không làm nh hư ng đến chi phí s n xuất. Giai đo n th ba được
thực hiện chỉ sau khi giai đo n thiết kế tham số được hoàn thành và được c ng cố khi
nh ng c i tiến cao hơn được yêu cầu đ tối ưu h a thiết kế. Giai đo n này nhà thiết kế xem
xét chỉ th t chặt dung sai, nâng cấp tiêu chuẩn vật liệu và nh ng thành phần khác nếu có
bất kỳ sự nh hư ng quan trọng nào đến chất lượng thông qua quy ho ch thực nghiệm.
Phương pháp Taguchi s dụng tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) thay vì giá trị trung
bình đ chuy n đ i d liệu kết qu thí nghiệm thành giá trị cho đặc tính trong phân tích
thiết lập tối ưu. Tỉ số S/N ph n ánh c giá trị trung bình và phương sai c a đặc tính chất
lượng. Tiêu chuẩn tỉ số S/N thư ng được s dụng như sau: Danh định là tốt nhất (NB:
Nominal is best), thấp hơn là tốt hơn (L ), cao hơn là tốt hơn (H ).

- Chang và Faison [8] nghiên c u sự co r t và tối ưu h a các chi tiết làm từ
nhựa PS, HDPE và A S s dụng phương pháp Taguchi và phân tích phương sai.
Họ khẳng định nhiệt độ nhựa và nhiệt độ khuôn c ng với áp suất gi khuôn và th i
gian gi khuôn là nh ng yếu tố quan trọng nhất nh hư ng đến sự co r t c a ba lo i
vật liệu nghiên c u.
- Vaatainen [9] đi u tra nh hư ng c a thông số ép phun đến chất lượng c m

quan c a s n phẩm s dụng phương pháp Taguchi. Tập trung vào sự co r t với ba
đặc tính gồm: khối lượng, đư ng hàn và vết lõm.

3


- Mohd. Muktar Alam, Deepak Kumar [10] đ tiến hành gi m co r t trong ép
phun s dụng phương pháp Taguchi cho đầu đèn Tata Magic làm từ nhựa PP.
Trong nghiên c u này các thông số ép phun như nhiệt độ phun, áp suất phun, áp
suất đ ng khuôn và th i gian đ ng khuôn được lấy đ c được sự kết hợp tốt nhất
nhằm tối ưu h a quá trình. Tỉ số S/N được d ng đ đ t được bộ thông số quá trình
tối ưu.
Thực nghiệm được bố trí với 4 yếu tố thông số và 3 m c độ: nhiệt độ phun,
áp suất phun, áp suất đ ng khuôn và th i gian đóng khuôn.

Density(g/cm3 )
0.90-0.91
Melt flow index( g per 10 10.78
min )
Modulus
of elasticity( MPa) 4100
Charpy impact toughness( 1.4-1.8
KJ/m2)
ng 1.1 Tính chất vật liệu Polypropylene

S.No
1
2
3
4

Factors
Melt temperature, A
(ºC)
Injection Pressure,
B(MPa)
Packing Pressure,
C(MPa)
Packing time, D(s)

Level
1

Level
2

Level
3

220

250

280

55

65

70

35

45

60

5

8

10

ng 1.2 Các thông số quá trình và m c độ

Deney
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

A

B

C

D

1
1
1
1
1
1
1

1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3

1
2
3
1
2
3
1
2
3

2
3
1
2
3
1
2
3
1
3
1
2
3
1
2
3
1
2

1
2
3
1
2
3
1
2
3
3
1

2
3
1
2
3
1
2
2
3
1
2
3
1
2
3
1

1
2
3
2
3
1
3
1
2
1
2
3
2

3
1
3
1
2
1
2
3
2
3
1
3
1
2

ng 1.3 ố trí trực giao L27
Độ co rút là hiệu gi a kích thước c a khuôn và kích thước c a chi tiết hoàn
thiện chia cho kích thước khuôn. Độ co r t được tính theo phương trình sau:
S = (Dm- Dp)/ Dm x 100%

4


Trong đ , S là độ co r t, Dm là kích thước khuôn, Dp là kích thước s n phẩm.
Trong nghiên c u trên, độ co r t được lấy 3 lần và tỉ số S/N được tính trên trung
bình c a 3 độ co rút thí nghiệm.
Giá trị co rút thấp là kết qu mong muốn

đây nên tính chất tỉ số S/N theo

chuẩn thấp hơn thì tốt hơn (L ) được áp dụng và tính toán:
S/N = -10 Log10 (1/n∑1/yi2)
Trong đ yi là đặc tính chất lượng c a thí nghiệm th i , n là số lần lặp l i.
Melt
Injection Packing Packing
temperature pressure pressure
time
(ºC)

(MPa)

(MPa)

(s)

220
220
220
220
220
220
220
220
220
250
250
250
250
250
250

250
250
250
280
280
280
280
280

55
65
70
55
65
70
55
65
70
65
70
55
65
70
55
65
70
55
70
55
65

70
55

35
45
60
35
45
60
35
45
60
60
35
45
60
35
45
60
35
45
45
60
35
45
60

5
8
10

8
10
5
10
5
8
5
8
10
8
10
5
10
5
8
5
8
10
8
10

Shrinkage (%) PP

Trial
1.854
1.532
1.212
1.768
1.622
1.523

1.658
1.452
1.224
1.423
1.743
1.537
1.213
1.433
1.563
1.145
1.573
1.723
1.321
1.543
1.345
1.532
1.213
5

Trial
1.763
1.386
1.132
1.582
1.562
1.368
1.542
1.564
1.383
1.386

1.826
1.368
1.197
1.332
1.351
1.231
1.845
1.642
1.412
1.487
1.294
1.384
1.073

Trail
1.712
1.412
1.198
1.698
1.442
1.452
1.764
1.412
1.286
1.328
1.656
1.484
1.126
1.387
1.654

1.198
1.663
1.483
1.289
1.373
1.278
1.576
1.116

Average Shrinkage S/N (dB)
(%) PP
PP

1.776
1.443
1.180
1.682
1.542
1.447
1.654
1.476
1.297
1.379
1.741
1.463
1.178
1.384
1.522
1.191
1.693

1.616
1.340
1.467
1.305
1.497
1.134

-4.988
-3.185
-1.437
-4.516
-3.761
-3.209
-4.370
-3.381
-2.258
-2.791
-4.815
-3.304
-1.422
-2.822
-3.648
-1.518
-4.573
-4.168
-2.542
-3.328
-2.312
-3.504
-1.092

280
280
280
280

65
70
55
65

35
45
60
35

5
10
5
8

1.642
1.234
1.473
1.379

1.735
1.198
1.386

1.287

1.572
1.342
1.356
1.327

1.649
1.258
1.405
1.331

-4.344
-1.993
-2.953
-2.483

ng 1.4 Giá trị co rút và tỉ số S/N cho nhựa PP
B ng đáp ng c a tỉ số S/N trong b ng 5, và bộ tham số kết hợp tốt nhất có th
được xác định bằng cách chọn lựa m c có giá trị cao nhất cho mỗi yếu tố. Kết qu
đ t được, bộ thông số tối ưu kết hợp cho PP là A3, B2, C3 và D3.
Giá trị khác biệt trong b ng 5 nói lên yếu tố nào có nh hư ng nhi u nhất đến
độ co rút c a nhựa PP. Áp suất đ ng khuôn là yếu tố có nh hư ng nhất đến PP theo
sau b i th i gian đ ng khuôn, áp suất phun và nhiệt độ nhựa.
Injection
Pressure B
(MPa)

Packing
Pressure C

(MPa)

Packing time
(s)

S. No.

Melt
temperature A
(ºC)

Level 1

-3.456

-3.596

-3.913

-3.603

Level 2

-3.229

-2.799

-3.276

-3.297

Level 3

-2.727

-3.017

-2.223

-2.512

Difference

-0.729

-0.797

-1.69

-1.091

ng 1.5 Đáp ng c a tỉ số S/N cho nhựa PP
Từ d liệu trong b ng 5, sơ đồ đáp ng tỉ số S/N được v theo hình 1.1, 1.2,
1.3, 1.4.
Tỉ số S/N cao nhất c a mỗi yếu tố cho đi u kiện quá trình tối ưu, tương ng
với nhiệt độ nhựa 280°C, áp suất phun 65 Mpa, áp suất đ ng khuôn 60 Mpa và th i
gian gi là 10 s.

Hình 1.1 Tỉ số S/N với nhiệt độ nhựa (ºC)
6

Hình 1.2 Tỉ số S/N với áp suất phun

Hình 1.3 Tỉ số S/N với với áp suất đ ng khuôn

Hình 1.4 Tỉ số S/N với th i gian gi
- Qua các nghiên c u như trên, phương pháp quy ho ch thực nghiệm thống
kê c một vai trò quan trọng trong công nghiệp. Một trong nh ng ng dụng quan
trọng nhất c a phương pháp là tối ưu h a các quá trình s n xuất.
- Do yêu cầu c a thị trư ng và ngư i tiêu d ng, các s n phẩm nhựa ngày
càng c các kết cấu, hình d ng ph c t p hơn, độ chính xác cao hơn.

7


- Vì vậy, nhằm nâng cao chất lượng s n phẩm nhựa bằng cách tối ưu h a các
thông số ép phun ng dụng phương pháp quy ho ch thực nghiệm, đ tài “Tối ưu
h a quá trình phân tích mô ph ng ép phun s n phẩm nhựa bằng phương pháp quy
ho ch thực nghiệm” được đ xuất nhằm:
+ Nâng cao chất lượng s n phẩm nhựa với nhi u yêu cầu s n phẩm đặt ra.
+ C i thiện quá trình ép phun.
+ Tăng kh năng ng dụng phương pháp quy ho ch thực nghiệm trong việc
tối ưu hóa quá trình ép phun.
1.1.1 Hi u s

c v công ngh

p phun

- Công nghệ ép phun (Injection moulding technology) là công nghệ phun nhựa
d o vào lòng khuôn dưới một áp lực lớn và được làm mát đ t o hình s n phẩm.
- S n phẩm nhựa đa d ng từ đơn gi n đến ph c t p, kích thước lớn nh khác
nhau, đây là một trong nh ng phương pháp đ t o ra các s n phẩm, đồ vật làm bằng
nhựa: các s n phẩm tiêu d ng, s n phẩm kỹ thuật, đồ d ng trong y tế...

Hình 1.5 S n phẩm ép phun [3]
1.1.2 C u t o máy p phun
1) Hệ thống kẹp
2) Hệ thống khuôn
3) Hệ thống phun
4) Hệ thống đi u khi n
5) Hệ thống hỗ trợ ép phun

8


Hình 1.6 Máy ép phun [1]
1.1.2.1 H th ng kẹp
1.1.2.1.1 Đặc đi m h th ng kẹp
- Các thớt khuôn ph i đ m b o an toàn trong quá trình kẹp.
- Các thớt khuôn cần ph i luôn song song trong quá trình dịch chuy n.
- Lực kẹp ph i đ lớn.
- Các thớt khuôn ph i đ b n, c độ biến d ng thấp nhất khi lực kẹp đ t giá
trị cao nhất.
- Các thớt khuôn dịch chuy n dễ dàng.
1.1.2.1.2 Ch c năng vƠ c u t o h th ng kẹp
- Hệ thống kẹp có ch c năng đ ng, m khuôn, t o lực kẹp gi khuôn trong quá
trình làm nguội và đẩy s n phẩm ra kh i khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép phun.

Hình 1.7 Cụm đẩy c a máy [1]
9


- Cụm đẩy c a máy (Machine ejector): Gồm xylanh th y lực, tấm đẩy và cần
đẩy, chúng có ch c năng t o ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn đ đẩy s n
phẩm r i kh i khuôn.
- Cụm kìm (Clamp cylindero): Thư ng có 2 lo i chính, đ là lo i d ng cơ
cấu khuỷu và lo i dùng các xylanh th y lực. Hệ thống này có ch c năng cung cấp
lực đ đ ng m khuôn và gi đ khuôn đ ng trong suốt quá trình phun.

Hình 1.8 Cụm kìm [1]
- Tấm di động (moverable platen): Là một tấm thép lớn với b mặt có nhi u
lỗ thông với tấm di động c a khuôn. Chính nh các lỗ thông này mà cần đẩy có th
tác động lực đẩy trên khuôn. Ngoài ra, trên tấm di động còn có các lỗ ren đ kẹp
tấm di động c a khuôn. Tấm này di chuy n tới lui dọc theo 4 thanh nối trong quá
trình ép phun.
- Tấm cố định (Stationary platen): Là một tấm thép lớn có nhi u lỗ thông với
tấm cố định c a khuôn. Ngoài 4 lỗ d n hướng và các lỗ c ren đ kẹp tấm cố định c a
khuôn tương tự như tấm di động, tấm cố định còn có thêm lỗ vòng định vị đ định vị
tấm cố định c a khuôn và đ m b o sự thẳng hàng gi a cần đẩy và cụm phun.
- Nh ng thanh nối (Tie bars): Có kh năng co gi n đ chống l i áp suất phun
khi kìm t o lực. Ngoài ra còn có tác dụng d n hướng cho tấm di động.
1.1.2.2 H th ng khuôn
Sau khi nhựa nóng ch y được phun vào khuôn, lực ép khuôn ph i đ lớn đ
đ ng khuôn tới khi nào nhựa nguội và đ ng r n sau đ khuôn được m đ lấy s n
phẩm ra.

10