nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến độ bền kéo của sản phẩm nhựa dạng lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ TUYÊN GIÁO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG
CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG
ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG LƯỚI

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 4 5 1 8

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ TUYÊN GIÁO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP
GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO
CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG LƯỚI

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103
Hướng dẫn khoa học:

TS. PHẠM SƠN MINH

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: LÊ TUYÊN GIÁO

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 04/12/1985

Nơi sinh: Phú Thọ

Quê quán: Phú Thọ

Dân tộc: Kinh
520 tổ 28 – Khu phố 3 – Long Bình

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:

Tân – Biên Hòa – Đồng Nai.

Điện thoại cơ quan: 061. 6296204

Điện thoại di động: 097.7178285

E_mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo: từ 09/2003 đến 03/2008

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
Ngành học: Công Nghệ Tự Động
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và gia công các
surface sử dụng phần mềm Inventor và EdgeCAM.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 2/2008 – Hội
đồng 2, Khoa Cơ khí chế tạo máy, Đai học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM.
Người hướng dẫn : KS. Dương Thị Vân Anh – Giảng viên Bộ môn Công
nghệ tự động, Khoa Cơ khí chế tạo máy, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

03/2008 đến nay

Trường Cao Đẳng Nghề LILAMA 2

Giáo viên Khoa Cơ khí

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 03 năm 2015
Học viên

Lê Tuyên Giáo

ii


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập và nghiên cứu trong chương trình đào tạo sau đại học
của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM, tác giả đã tiếp thu và đúc kết được
nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dưới hình
thức luận văn thạc sỹ, tác giả đã vận dụng những kiến thức đã được học của mình
để giải quyết một vấn đề thực tế. Đề tài của tác giả là nghiên cứu và giải quyết vấn
đề mới trong lĩnh vực gia nhiệt cho lòng khuôn ứng dụng trong công nghệ ép phun
tạo hình các sản phẩm nhựa sử dụng trong thực tế. Do tính mới của đề tài nên tác
giả gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện, tuy nhiên với sự giúp đỡ và
hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn TS. Phạm Sơn Minh, các thầy cô Khoa Cơ
khí Chế tạo máy cùng với sự hỗ trợ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp. Cho đến thời
điểm này luận văn của tác giả đã đạt được những kết quả như mong muốn.
Đến đây, cho phép tác giả được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến:
- Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM.

- Thầy TS. Phạm Sơn Minh – Trưởng ngành Cơ khí chất lượng cao - Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM.
- Các thầy: Th.S Trần Minh Thế Uyên, Th.S Trần Văn Trọn - Khoa Cơ Khí
Chế Tạo Máy - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM.
- Các bạn sinh viên Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật Tp. HCM.
- Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp.
Một lần nữa, tác giả xin được chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động
viên quý báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 03 năm 2015
Học viên

Lê Tuyên Giáo

iii


TÓM TẮT
Trong qui trình phun ép nhựa, nhiệt độ khuôn càng cao sẽ có tác dụng tốt với
chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, nhiệt độ khuôn càng cao sẽ dẫn đến thời gian giải
nhiệt cho khuôn càng dài. Do đó, quá trình gia nhiệt cho bề mặt khuôn được đề xuất
nhằm nâng cao nhiệt độ bề mặt khuôn trong quá trình nhựa điền đầy khuôn và giúp
thời gian giải nhiệt cho khuôn không kéo dài quá lâu. Trong nghiên cứu này,
phương pháp gia nhiệt cho khuôn từ bên ngoài với dòng khí nóng sẽ được thực hiện
trên khuôn thực tế. Kết quả nghiên cứu cho thấy với vùng gia nhiệt cục bộ, khi tăng
nhiệt độ dòng khí nóng từ 200 0C đến 400 0C, nhiệt độ ổn định của lòng khuôn sẽ
tăng từ 90 0C đến 160 0C. Với phương pháp mô phỏng bằng phần mềm ANSYS,
quá trình gia nhiệt bằng khí nóng có thể được dự đoán khá chính xác với sai lệch
nhiệt độ nhỏ hơn 10 0C. Bên cạnh đó, nhiệt độ lòng khuôn tăng ngoài việc giúp cho
nhựa dễ điền đầy còn giúp tăng độ bền kéo của sản phẩm nhựa thành mỏng đặc biệt

là các sản phẩm có kết cấu dạng lưới.
Từ khóa: ép phun, gia nhiệt cục bộ, gia nhiệt khuôn bằng khí, điều khiển nhiệt độ
cho lòng khuôn, thành mỏng, sản phẩm dạng lưới, độ bền kéo.

ABSTRACT
In injection molding field, the high mold temperature shows many
advantages with the product quality. However, higher mold temperature will lead to
the longer cooling time. Therefore, the external gas – assisted mold temperature
control (Ex – GMTC) was presented for raising the mold surface temperature in the
filling step, and let the cooling step not too long. In this research, the Ex – GMTC
was achieved with a real mold. Results show that, with the local heating area, when
the gas temperature rises from 200 0C to 400 0C, the stable temperature of the mold
surface will increases from 90 0C to 160 0C. By simulating with ANSYS software,

iv


the heating process could be predicted with the the error is lower than 10 0C.
Besides, increasing mold surface temperature not only supports plastics to fill up
mold cavity easily but also increases the tensile strength of thin – wall plastic
products, especially meshing products.
Keywords: Injection molding, local heating, gas assisted mold heating, temperature
control for mold cavity, thin – wall, meshing product, tensile strength.

v


MỤC LỤC
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

Chƣơng 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

Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG

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

Chƣơng 4: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

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

Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN

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 LIỆU THAM KHẢO

66

PHỤ LỤC

68

vii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT 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 MỤC 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 dãy 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 đã được chia lưới

39

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

39

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

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 BẢNG
BẢNG

TRANG

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

7

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

8

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

22

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

42

Bảng 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
Bảng 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
Bảng 4.4: Kết quả thử lực kéo các mẫu được ép với vật liệu PA 6

52

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

53

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

57

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

xiv

57


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Tổng 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 đã 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 đã 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 đã 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 – 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) đã 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 dãy 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 đã 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

Bảng 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 đã 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 đã 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

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

Trang 9