nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phun ép đến độ bền kéo của đường hàn trong sản phẩm nhựa

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM MINH ĐĂNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ
PHUN ÉP ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA ĐƯỜNG HÀN
TRONG SẢN PHẨM NHỰAC
S

K

C

0

0

3
4

9
2

5

9
8

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 4 2 6 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM MINH ĐĂNG

TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ
PHUN ÉP ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA ĐƯỜNG HÀN
TRONG SẢN PHẨM NHỰA

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: PHẠM MINH ĐĂNG

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 24/03/1984

Nơi sinh: Long An

Quê quán: Long An

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 58/18 Võ Văn Tần, phường 2, thành phố Tân
An, long An
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0723 826652

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo:

Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ: 10/2007 đến 10/2011

Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành TP Hồ Chí Minh.
Ngành học: Cơ khí chế tạo máy.
Tên môn thi tốt nghiệp:
1. Hệ thống CIM
2. CAD/CAM/CNC nâng cao
Ngày & nơi thi tốt nghiệp: 10/2011 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành
Phố Hồ Chí Minh.
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ: 5/2012 đến 5/2014

Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành TP Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ thuật cơ khí


Tên luận văn:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phun ép đến độ bền kéo của
đường hàn trong sản phẩm nhựa”
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 26/04/2014 tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Thành Phố Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: TS.Phạm Sơn Minh
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
5/2012 - 4/2014

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

Học viên cao học

Thành Phố Hồ Chí Minh

Ngày

tháng

năm 2014

Người khai ký tên

Phạm Minh Đăng


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

tháng

năm 2014

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Phạm Minh Đăng

III


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên cho tôi kính gởi lời cảm ơn đến Thầy TS. Phạm Sơn Minh đã tận
tình hướng dẫn và giúp tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Đồng thời xin cảm ơn:
-Quí Thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã
tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quí báu.
-Ban giám hiệu và toàn thể giáo viên Trường Cao Đẳng Nghề Long An luôn
quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học.
-Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ và đóng góp ý kiến xây
dựng giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận văn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hỗ trợ và động viên quí báu
của tất cả mọi người.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 3 năm 2012
Học viên

Phạm Minh Đăng

IV


TÓM TẮT
Trong bài báo này, độ bền kéo của đường hàn trong sản phẩm nhựa đã
được nghiên cứu với sự hỗ trợ của thiết bị gia nhiệt cục bộ. Các mẫu thử kéo

được thiết kế theo tiêu chuẩn ASTM 638,và được phun ép với lòng khuôn có 2
cổng vào nhựa và đường hàn sẽ xuất hiện tại vị trí giữa của thanh thử kéo. Nhiệt
độ khuôn cục bộ tại vùng xuất hiện đường hàn sẽ được gia nhiệt với các mức
nhiệt độ: 300C, 600C, 900C và 1200C. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi nhiệt độ
khuôn tăng từ 300C đến 900C, độ bền kéo của đường hàn được cải thiện rõ rệt.
Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 120 0C, độ bền kéo của đường hàn hầu
như không thay đổi nhiều.
Từ khóa: Khuôn phun ép nhựa, điều khiển nhiệt độ khuôn, độ bền
đường hàn

ABSTRACT
In this paper, the weld line strength of injection molding part was
researched with the assisted of local heating divice. The testing samples was
designed by the ASTM 638 standard and molded with the two gates, so, the
weld line will appeared at the center of the testing sample. The area of welding
lien was heated with the target temperature of 300C, 600C, 900C and 1200C. The
results show that when the local temperature increases from 300C to 900C, the
weld line strength has a clear improvement. However, when the local mold
temperature raise to 120 0C, the weld line strength has no change.
Keyword:Injection molding, mold temperature control, weld line
strength

V


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ............................................................................................................ I
Lời cam đoan ............................................................................................................. III
Lời cảm ơn ............................................................................................................... IV
Tóm tắt ....................................................................................................................... V
Mục lục..................................................................................................................... VI
Danh sách các hình................................................................................................. VIII
Danh sách các bảng .................................................................................................. XI
GIỚI THIỆU............................................................................................................ 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN .......................................................................................... 2
1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................... 2
1.2 Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 13
1.3 Mục tiêu của đề tài .............................................................................................. 13
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 14
1.5 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu ............................................................ 16
1.6 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 17
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 18
2.1 Vật liệu và độ bền đường hàn ............................................................................ 18
Chƣơng 3 MÔ HÌNH VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ................................. 24
3.1. Khuôn ép và mẫu thí nghiệm ............................................................................ 24
3.2. Phương pháp gia nhiệt và phương pháp đo nhiệt .............................................. 33
3.2.1. Lựa chọn giải pháp gia nhiệt cho khuôn ........................................................ 34
3.2.2. Các thiết bị trong bộ đo nhiệt và gia nhiệt khuôn .......................................... 35
3.3. Phương pháp giải nhiệt………………………………………………………..44


Chƣơng 4. ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PHUN ÉP ĐẾN ĐỘ BỀN
KÉO CỦA ĐƢỜNG HÀN TRONG SẢN PHẨM NHỰA ................................... 48
4.1. Ép mẫu thí nghiệm ............................................................................................ 48

4.2. Kết quả kéo mẫu thí nghiệm ............................................................................. 49
4.3. Kiểm tra độ bền kéo .......................................................................................... 52
4.4. Kết quả thí nghiệm kéo ..................................................................................... 53
Chƣơng 5. KẾT LUẬN ........................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 60

VII


DANH MỤC CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1. Quá trình hình thành đường hàn trên sản phẩm nhựa ................................ 2
Hình 1.2. Mô hình thí nghiệm gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước (Steam heating) . 4
Hình 1.3. Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại ................................... 5
Hình 1.4. Thiết kế của khuôn (a) cho sản phẩm phun ép nhựa dạng micro (b) .......... 5
Hình 1.5. Các kết cấu dạng micro của sản phẩm được đo bằng phương pháp micro
scan 3D ....................................................................................................................... 6
Hình 1.6. Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas heating) ....... 7
Hình 1.7. Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ (Induction heating)...7
Hình 1.8. Mô hình nghiên cứu độ bền đường hàn của Matti Koponen ..................... 9
Hình 1.9. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng đường hàn và
thông số phun ép đến độ bền kéo của đường hàn .................................................... 10
Hình 1.10. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng kích thước và
thông số phun ép đến độ bền uốn của đường hàn .................................................... 10
Hình 2.1. Mô hình đúc dùng để tạo ra các mẫu thử nén( phải) và mẫu kéo có đường
hàn ............................................................................................................................. 20
Hình 2.2. Phần của đường hàn mẫu SMA đúc tại 2400C ......................................... 22

Hình 2.3. Phần của đường hàn mẫu SMA đúc tại 2370C .......................................... 22
Hình 3.1. Kết cấu bộ khuôn ..................................................................................... 25
Hình 3.2. Kết cấu khuôn hai tấm ............................................................................. 26
Hình 3.3a. Phần khuôn di động ................................................................................ 27
Hình 3.3b. Phần khuôn cố định ................................................................................ 27
Hình 3.4:.Bản vẽ mẫu thí nghiệm ............................................................................. 27
Hình 3.5. Sản phẩm mẫu thí nghiệm ......................................................................... 28
Hình 3.6a. Phần xuất hiện đường hàn ...................................................................... 28


Hình 3.6b. Bản vẽ phần xuất hiện đường hàn ........................................................... 28
Hình 3.7. Bản vẽ thiết kế tấm insert .......................................................................... 29
Hình 3.8. Tấm insert sau khi gia công ...................................................................... 30
Hình 3.9. Bản vẽ thiết kế tấm nhôm ......................................................................... 31
Hình 3.10. Tấm nhôm sau khi gia công .................................................................... 32
Hình 3.11. Khối insert sau khi lắp ghép tấm insert với tấm nhôm ........................... 32
Hình 3.12. Lắp khối insert vào khuôn ....................................................................... 33
Hình 3.13. Biể u đồ các dòng nhiê ̣t khi nhựa đươ ̣c phun vào khuôn ........................ 33
Hình 3.14. Sự xuấ t hiê ̣n đường hàn khi hai dòng nhựa gă ̣p nhau ........................... 34
Hình 3.15. Loại dây điện trở dùng cho khuôn ........................................................ 35
Hình 3.16. Cấu tạo của thermocouple (cặp nhiệt điện)............................................. 36
Hình 3.17. Hình ảnh cảm biến nhiệt dùng trong khuôn ........................................... 37
Hình 3.18. Đồng hồ đo có các nút nhấ n để cài đặt nhiệt độ và sơ đồ chân ............ 37
Hình 3.19. Đồng hồ đo bằng tia hồng ngoại ........................................................... 38
Hình 3.20: Biểu đồ gia nhiệt cho khối insert có lòng khuôn ................................... 38
Hình 3.21: Biểu đồ gia nhiệt cho khối insert không có lòng khuôn ........................ 39
Hình 3.22: Heater 300W(bên phải) và heater 400W(bên trái) .................................. 39
Hình 3.23: Lòng khuôn với khối insert bằng thép ................................................... 40
Hình 3.24: Lòng khuôn với khối insert bằng nhôm .................................................. 41
Hình 3.25: Biểu đồ gia nhiệt cho nhôm và thép ....................................................... 42

Hình 3.26: Biểu đồ gia nhiệt đối với tấm khuôn cố định .......................................... 43
Hình 3.27: Biểu đồ gia nhiệt đối với tấm khuôn di động .......................................... 43
Hình 3.28: Hệ thống làm nguội bằng nước cho khuôn………………………….....45
Hình 3.29: Bố trí kênh dẫn nguội…………………….………………………….....46
Hình 3.30: Cách bố trí từng kênh riêng biệt…………………………………….....46
Hình 3.31: Hệ thống làm nguội trong khuôn âm…….………………………….....47
Hình 4.1: Máy INSTRON 3367 ................................................................................ 52


Hình 4.2: Bảng vẽ mẫu thí nghiệm ........................................................................... 52
Hình 4.3: Bản vẽ phần xuất hiện đường hàn ............................................................. 53
Hình 4.4. Biểu đồ giới hạn bền kéo của mẫu thử (12 trường hợp đầu) .................... 55
Hình 4.5. Biểu đồ giới hạn bền kéo của mẫu thử theo áp suất phun……………….56
Hình 4.6. Biểu đồ giới hạn bền kéo của mẫu thử theo nhiệt độ nhựa ...................... 57

X


DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1.1. Thuộc tính của nhựa PP ........................................................................... 15
Bảng 2.1. Giá trị giới hạn các loại nhựa ................................................................... 19
Bảng 2.2. Độ sâu của đường hàn của những mẫu SMA khác nhau…..……..……..20
Bảng 2.3. Độ bền đường hàn ứng với các loại nhựa thông dụng...………………...21
Bảng 3.1. Quy trình công nghệ gia công tấm insert ................................................. 30
Bảng 3.2. Quy trình công nghệ gia công tấm nhôm ................................................ 31
Bảng 3.3. Đường kênh dẫn nguội theo kinh nghiệm ............................................... 45

Bảng 4.1. Các trường hợp và thông số ép..……………………..………………….48
Bảng 4.2. Kết quả kéo (12 trường hợp đầu)……...………………………….……..54
Bảng 4.3. Kết quả kéo (trường hợp 13,14,15)..……………………………………55
Bảng 4.4. Kết quả kéo (trường hợp 16, 17, 18)……………...…………………….56
Bảng 4.5. Độ bền ứng với các loại nhựa thông dụng………...…………………….58


XI


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

GIỚI THIỆU
Tên đề tài:

1.

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PHUN ÉP ĐẾN ĐỘ BỀN
KÉO CỦA ĐƢỜNG HÀN TRONG SẢN PHẨM NHỰA
2. Nội dung chính bản thuyết minh:
+ Khuôn ép và mẫu thí nghiệm
Giới thiệu kết cấu khuôn ép mẫu thí nghiệm
Hình dạng, kích thƣớc tiêu chuẩn của mẫu thí nghiệm
+ Phƣơng pháp gia nhiệt và phƣơng pháp đo nhiệt
Lựa chọn giải pháp gia nhiệt cho khuôn
Giới thiệu phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng.
+ Ép mẫu và đem thí nghiệm kéo trên máy INSTRON 3367 của Mỹ tại trƣờng Đại
học Nông Lâm để kiểm tra độ bền
+ Thu thập kết quả và xử lý số liệu thí nghiệm kéo
+ Rút ra một số kết luận, nhận xét ảnh hƣởng của các thông số phun ép đến độ bền

kéo của đƣờng hàn trong sản phẩm nhựa.
3. Sản phẩm:
-

Hai khối insert

-

180 mẫu thí nghiệm cho 18 trƣờng hợp

-

Bản vẽ chi tiết của các tấm insert và các tấm nhôm

-

File Word và file Powerpoint.

-

Đĩa VCD

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

1


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1.1. Ngoài nƣớc (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề
tài trên thế giới, liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan
đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)
Hiện nay, do yêu cầu ngày càng cao của thị trƣờng và ngƣời tiêu dùng, các
sản phẩm nhựa ngày càng có các kết cấu, hình dạng phức tạp hơn. Song song với
quá trình phát triển các thiết kế này, các khuyết tật của sản phẩm nhựa cũng sẽ xuất
hiện ngày càng nhiều. Hiện nay, các khuyết tật phổ biến do hình dạng của sản phẩm
có thể kể đến nhƣ: đƣờng hàn (weld line), rổ khí (air trap), cong vênh (warpage) do
co rút không đồng đều,… Trong nhóm khuyết tật này, khuyết tật về đƣờng hàn
đƣợc hình thành do quá trình tiếp xúc, giao nhau giữa hai dòng nhựa lỏng (Hình 11). Vì đặc điểm này, đƣờng hàn hầu nhƣ xuất hiện trên tất cả các sản phẩm nhựa và
tính thẩm mỹ của sản phẩm không những bị ảnh hƣởng xấu, mà độ bền của sản
phẩm cũng sẽ giảm đáng kể.

Mặt tiếp xúc
với không khí

Dòng chảy
Fount ain
Lớp nguội ngăn
cản dòng chảy
nhựa

Khi chiều dày lớp
nguội tăng, dòng
chảy nhựa càng bị
hạn chế

Toàn bộ dòng chảy đã đông đặc

Vị trí giao nhau gi ữa hai
dòng nhựa

Hình 1.1: Quá trình hình thành đường hàn trên sản phẩm nhựa

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

2


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

Đến nay, nhằm khắc phục khuyết tật này, hầu hết các sản phẩm nhựa đƣợc
phủ một lớp sơn lên bề mặt. Với phƣơng án này, bề mặt sản phẩm sẽ đẹp hơn. Tuy
nhiên, nhà sản xuất sẽ phải chịu chi phí cho quá trình sơn phủ. Ngoài ra, vấn đề về ô
nhiễm môi trƣờng cũng cần xem xét khi phƣơng án sơn phủ đƣợc sử dụng. Bên
cạnh đó, mặc dù đƣờng hàn sẽ không còn xuất hiện trên bề mặt của sản phẩm nhựa
do đƣợc phủ bằng lớp sơn, nhƣng độ bền của sản phẩm vẫn bị giảm đi đáng kể. Do
đó, nhằm tăng độ bền kéo của đƣờng hàn trên sản phẩm nhựa, phƣơng pháp gia
nhiệt cục bộ tại vị trí xuất hiện đƣờng hàn đƣợc đề xuất nhằm tăng khả năng kết
dính của hai dòng nhựa, cũng nhƣ tăng độ bền kéo của đƣờng hàn.
Ngoài khả năng nâng cao độ bền kéo của đƣờng hàn, tối ƣu hóa quá trình
điều khiển nhiệt độ khuôn là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao
chất lƣợng bề mặt sản phẩm nhựa [1, 2].Nhìn chung, nếu nhiệt độ bề mặt lòng
khuôn cao, quá trình điền đầy nhựa sẽ đƣợc dễ dàng hơn, và trong hầu hết các
trƣờng hợp, chất lƣợng bề mặt sản phẩm sẽ đƣợc cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, nếu
nhiệt độ của các tấm khuôn tăng cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo
dài, và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian, giá thành sản phẩm cũng sẽ gia tăng.
Vì vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép là: gia

nhiệt cho bề mặt khuôn đến nhiệt độ yêu cầu, nhưng vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ
phun ép không quá dài.
Nhìn chung, dựa vào ảnh hƣởng nhiệt độ lên tấm khuôn, quá trình gia nhiệt
cho khuôn phun ép đƣợc chia làm 2 nhóm chính:
 Nhóm I: Gia nhiệt cả tấm khuôn (volume heating)
 Nhóm II: Gia nhiệt cho bề mặt khuôn (surface heating).
Trong nhóm thứ nhất, phƣơng pháp gia nhiệt bằng hơi nƣớc (steam heating)
đƣợc đề xuất nhƣ (Hình 1-2), phƣơng án này có thể đạt đƣợc tốc độ gia nhiệt từ

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

3


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

1oC/s đến 3oC/s [3]. Tuy nhiên, tốc độ gia nhiệt theo phƣơng pháp này không đƣợc
đánh giá cao và quá trình giải nhiệt cho khuôn cũng sẽ gặp nhiều khó khăn.

Hình1.2. Mô hình thí nghiệm gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước (Steam heating)
Trong nghiên cứu khác, tốc độ gia nhiệt đƣợc cải tiến đáng kể khi phƣơng
pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn đƣợc sử dụng (Nhóm II).Khi sử dụng các phƣơng
pháp này, quá trình điền đầy của nhựa vào lòng khuôn đƣợc cải thiện khi bề mặt
khuôn đƣợc phủ một lớp cách nhiệt. Nhìn chung, nhóm các phƣơng pháp này có thể
tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25oC [4, 5].
Trong nhóm gia nhiệt cho bề mặt khuôn, hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng
ngoại (infrared heating), Hình 1-3, đƣợc nghiên cứu và ứng dụng cho khuôn phun
ép nhựa [6, 7]. Hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại đƣợc ứng dụng cho khuôn
phun ép sản phẩm dạng micro. Thiết kế khuôn và sản phẩm dạng micro đƣợc trình
bày ở (Hình 1-4). Sau quá trình phun ép, sản phẩm đƣợc scan 3D nhằm kiểm tra

khả năng điền đầy khuôn cho các kết cấu micro (Hình1- 5). Nghiên cứu này cho
thấy với nhiệt độ khuôn 80oC, và 10s gia nhiệt, toàn bộ các kết cấu micro đƣợc điền
đầy nhựa.

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

4


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

Hình 1.3. Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại (infrared heating
system)

Hình 1.4. Thiết kế của khuôn (a) cho sản phẩm phun ép nhựa dạng micro (b)

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

5


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

Hình 1.5.Các kết cấu dạng micro của sản phẩm được đo bằng phương pháp
micro scan 3D
Ngoài ra, nhằm đáp ứng yêu cầu gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, phƣơng
pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) đã đƣợc nghiên cứu và đánh giá
hiệu quả [8, 9].Với phƣơng pháp này, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể đƣợc tăng từ
60oC đến 120oC trong thời gian 2 s. Tuy nhiên, quá trình gia nhiệt này sẽ đạt tới
trạng thái bảo hòa khi thời gian gia nhiệt kéo dài hơn 4 s. Ƣu điểm của phƣơng pháp

“gas heating” là tốc độ gia nhiệt rất cao, và thời gian chu kỳ của sản phẩm sẽ đƣợc
rút ngắn.Tuy nhiên, thiết kế của khuôn phun ép (Hình 1-6) cần đƣợc thực hiện lại
nhằm tích hợp hệ thống gia nhiệt vào.

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

6


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

Hình 1.6. Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas
heating)
Tƣơng tự với các phƣơng pháp gia nhiệt bề mặt (surface heating), phƣơng
pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (induction heating), (Hình 1-7), đã đƣợc ứng dụng
nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đƣờng hàn (welding line), cũng nhƣ các
khuyết tật khác của sản phẩm nhựa.

Hình 1-7. Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ (Induction heating)

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

7


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

Trong các nghiên cứu mới đây , phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ
đƣợc kết hợp với lƣu chất giải nhiệt nhằm điều khiển nhiệt độ khuôn. Phƣơng pháp
gia nhiệt bằng cảm ứng từ có những ƣu điểm vƣợt trội so với các phƣơng pháp khác

nhƣ:
- Tốc độ gia nhiệt cao
- Thời gian gia nhiệt có thể kéo dài đến 20 s
- Có thể ứng dụng cho khuôn phun ép nhƣ một module đính kèm, nghĩa là
không cần thay đổi kết cấu khuôn có sẵn.
Nhìn chung, quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa hầu nhƣ đều có ảnh
hƣởng tích cực đến chất lƣợng sản phẩm nhựa. Do đó, các phƣơng pháp gia nhiệt
nêu trên đều đƣợc ứng dụng trong các qui trình phun ép sản phẩm nhựa với các yêu
cầu kỹ thuật cao nhƣ: micro – injection molding, high aspect ratio injection
molding… Trong các yêu cầu về chất lƣợng sản phẩm, đƣờng hàn là một trong các
khuyết tật thƣờng xuất hiện trong quá trình phun ép, và thƣờng đƣợc nêu ra trong
quá trình đánh giá chất lƣợng sản phẩm nhựa. Đến nay, đã có một số nghiên cứu về
vấn đề đƣờng hàn trong qui trình phun ép nhựa, và các nghiên cứu này chủ yếu tập
trung vào độ bền kéo và phƣơng pháp làm mờ đƣờng hàn.
Trong nghiên cứu của Matti Koponen [10], mô hình ngiên cứu đƣờng hàn
nhƣ (hình1- 8) đƣợc tiến hành thực nghiệm với sự thay đổi của tốc độ dòng chảy
nhựa, và áp suất phun. Kết quả cho thấy khi tăng tốc độ phun từ 30 cm3/s đến 380
cm3/s, độ bền kéo theo chiều dòng chảy của đƣờng hàn sẽ tăng từ 122MPa đến 145
MPa. Ngoài ra, khi tăng áp suất nén của khuôn, hầu nhƣ tất cả độ bền kéo theo các
phƣơng của đƣờng hàn sẽ đƣợc cải thiện.

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

8


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

Hình 1.8. Mô hình nghiên cứu độ bền đường hàn của Matti Koponen

Nhằm nghiên cứu ảnh hƣởng của hình dáng đƣờng hàn và thông số phun ép
đến độ bền kéo của đƣờng hàn, Cheng-Hsien Wu đã sử dụng mô hình nhƣ (Hình 19) [11].Trong nhóm các thông số phun ép, nghiên cứu này cho thấy nhiệt độ nhựa
nóng chảy (melt temperature) (từ 200oC đến 220oC) có ảnh hƣởng mạnh nhất đến
độ bền của đƣờng hàn, sau đó là các thống số khác nhƣ: thời gian định hình
(Packing pressure – 10 MPa đến 30 MPa), tốc độ chảy của nhựa (Injection velocity
- 90mm/s đến 150 mm/s), và nhiệt độ khuôn (Mold temperatrue – từ 32oC đến
52oC). Ngoài ra, áp suất định hình (packing pressure) và gia tốc của nhựa (injection
acceleration) trong quá trình điền đầy lòng khuôn (filling step) hầu nhƣ không ảnh
hƣởng đến độ bền của đƣờng hàn.

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

9


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

Hình 1.9. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng đường hàn và
thông số phun ép đến độ bền kéo của đường hàn [11]
Độ bền uốn của đƣờng hàn giữa vật liệu nhựa vô định hình (Amorphous)
(nhƣ PC) và bán tinh thể (Semicrystally) (nhƣ PE) cũng đƣợc xem xét qua nghiên
cứu của N. Mekhilef [12].Kết quả cho thấy độ bền uốn đƣờng hàn của nhựa
amorphous (PC) sẽ bị ảnh hƣởng nhiều hơn nhựa semicrystally (PE) khi nhiệt độ
phun thay đổi trong khoảng 250oC đến 300oC. Ngoài ra, độ bền uốn của hỗn hợp
PC/PE sẽ tăng khi nhiệt độ phun tăng.

Hình1.10. Mô hình thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng kích thước và
thông số phun ép đến độ bền uốn của đường hàn [12]

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

10


GVHD: TS.Phạm Sơn Minh

Qua các nghiên cứu nêu trên, đối với phƣơng pháp phun ép sản phẩm nhựa,
khuyết tật về đƣờng hàn là một trong những khuyết tật thƣờng xuyên xuất hiện, và
có ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng và tính thẩm mỹ của sản phẩm nhựa.Qua các
nghiên cứu trƣớc đây [10 – 12], thông số về nhiệt độ có ảnh hƣởng nhiều đến độ
bền của đƣờng hàn.Tuy nhiên, trong các nghiên cứu về ảnh hƣởng của nhiệt độ đến
chất lƣợng đƣờng hàn nhƣ đã nêu trên [10 – 15], nhiệt độ khuôn chỉ đƣợc thay đổi
trong vùng tham khảo của từng loại vật liệu. Ví dụ: PC: 40oC đến 90oC, PP: 25oC
đến 80oC,…Tuy nhiên, trong các nghiên cứu về điều khiển nhiệt độ khuôn
(Dynamic mold temperature control), nhiệt độ bề mặt của tấm khuôn có thể tăng
lên đến 200oC, gần bằng với nhiệt độ nhựa nóng chảy (melt temperature) [1 – 9].
Do đó, nghiên cứu này sẽ tập trung nghiên cứu độ bền kéo của đƣờng hàn ứng với
trƣờng hợp gia nhiệt cho bề mặt khuôn đến nhiệt độ cao hơn 100oC.

1.1.2. Trong nƣớc (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề
tài ở Việt Nam, liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan
đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)
Hiện nay, các doanh nghiệp Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực
nhựa đã có định hƣớng về nghiên cứu tối ƣu hóa quá trình giải nhiệt cho khuôn
phun ép nhằm giải quyết bài toán về chi phí sản xuất trong ngành nhựa. Trong
quá trình tìm hiểu, các doanh nghiệp Việt Nam đang trong quá trình khai thác
một số phần mềm chuyên dùng cho mô phỏng quá trình gia công nhựa nhƣ: CMold, Moldflow, Moldex3D,… Ngoài ra, trong nghiên cứu, đã có một số đề tài
tìm hiểu và ứng dụng công cụ CAD – CAM – CAE đƣợc tiến hành nhƣ sau:
- Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên LÊ MINH TRÍ (ĐH Sƣ Phạm
Kỹ Thuật TP HCM): “Tối ưu hóa giải nhiệt khuôn ép phun”. Luận văn này

đã đề cập đến cơ sở của việc thiết kế hệ thống giải nhiệt của khuôn ép
phun dựa trên lý thuyết truyền nhiệt, ứng dụng phƣơng pháp này để tính
toán hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm là một tấm mỏng, sau đó sử dụng

HVTH: PHẠM MINH ĐĂNG

11