nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ VÕ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN
VÀ NHIỆT ĐỘ NHỰA ĐẾN ĐỘ CONG VÊNH
CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG TẤM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 4 3 6 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ VÕ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN VÀ
NHIỆT ĐỘ NHỰA ĐẾN ĐỘ CONG VÊNH CỦA SẢN
PHẨM NHỰA DẠNG TẤM.

NGHÀNH:

KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ VÕ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN VÀ
NHIỆT ĐỘ NHỰA ĐẾN ĐỘ CONG VÊNH CỦA SẢN
PHẨM NHỰA DẠNG TẤM.

NGHÀNH: KỸ

THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Hƣớng dẫn khoa học:
TS PHẠM SƠN MINH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: LÊ VÕ

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 28 tháng 4 năm 1982

Nơi sinh: Phú Yên

Quê quán: Hòa hiệp trung – Đông hòa – Phú yên

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 479/37/12 – Đƣờng TTH01 – Phƣờng Tân Thới
Hiệp – Quận 12, Tp.Hồ Chí Minh
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0907 918 047

Fax:

E-mail:

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

Thời gian đào tạo từ …/.. đến ../…

Nơi học (trƣờng, thành phố):.
Ngành học:
2. Đại học:

Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 9/2001 đến 1/ 2006

Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật, Tp.HCM
Ngành học: Kỹ thuật công nghiệp
Tên đồ án: Thiết kế máy dập gạch Terazo
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, tốt nghiệp: 28/12/2014
Ngƣời hƣớng dẫn:

i


III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
2011 – đến nay

Nơi công tác
Công ty TNHH Nhật Minh

Công việc đảm nhiệm
Trƣởng phòng khuôn nhựa
Nhân viên thiết kế khuôn

2008 - 2011

Công ty Kanemaru – Nhật Bản

nhựa, gia công khuôn và

chi tiết.

2006 – 2008

Công ty TNHH Vĩnh Thạnh

ii

Nhân viên thiết kế khuôn


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 chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 19 năm 2014.
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

iii


CẢM TẠ

Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ
thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình hƣớng dẫn và truyền đạt cho tôi nhiều tri thức
quý giá, đồng thời tạo môi trƣờng và điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá
trình học tập và thực hiện luận văn.
Với lòng kính trọng và biết ơn, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TS.Phạm
Sơn Minh đã nhiệt tình hƣớng dẫn để tôi hoàn thành nghiên cứu và viết báo cáo.
Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình và những ngƣời bạn đã động

viên, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập, làm việc và hoàn thành luận văn.

iv


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
Họ và tên học viên: LÊ VÕ

MSHV: 128520103025

Chuyên ngành:KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Khóa:2012 – 2014

Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt
độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm.Học
viên đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp theo đúng yêu cầu về nội
dung và hình thức theo quy định của một luận văn thạc sĩ.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

Tháng 09 năm 2014

Giảng viên hƣớng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

v


TÓM TẮT

Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của
nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng
tấm”. Đề tài nghiên cứu mẫu thử nhựa PP dạng tấm mỏng với kích thƣớc 150
mm x 30 mm, với chiều dày từ 1.0 mm đến 2.5 mm, thời gian làm nguội 15 giây,
thời gian điền đầy 1 giây, thời gian bão hòa 5 giây và áp suất bão hòa 100%, đã
đƣợc mô hình hóavà mô phỏng với các giá trị nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30oC
đến 90oC và nhiệt độ nhựa thay đổi từ 200oC đến 280oC.Từ đó, tôi đã nghiêncứu
ảnh hƣởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm
nhựa dạng tấm và đạt đƣợc những kết quả nhƣ sau:
 Khi nhiệt độ khuôn tăng từ 30 oC lên 90 oC, độ cong vênh sản phẩm không
bị ảnh hƣởng nhiều. Kết luận này tƣơng tự cho các chiều dày khác nhau
của mẫu thử. Do đó, phƣơng pháp tăng nhiệt độ khuôn trong quá trình
phun ép hoàn toàn có thể đƣợc sử dụng nhằm tăng khả năng điền đầy lòng
khuôn trong các trƣờng hợp sản phẩm dạng thành mỏng hoặc sản phẩm
phức tạp. Tuy nhiên, thông số nhiệt độ khuôn chỉ đƣợc thay đổi trong
khoảng cho phép của vật liệu nhựa. Nếu nhiệt độ khuôn quá cao sẽ dễ dẫn
đến khuyết tật về bavia hoặc làm chậm thời gian giải nhiệt cho sản phẩm.
 Khi nhiệt độ nhựa tăng từ 200oC đến 280oC, độ cong vênh của sản phẩm
nhựa dạng tấm có sự thay đổi đáng kể. Kết quả này tƣơng tự cho tất cả các
chiều dày của mẫu thử. Do đó, phƣơng pháp tăng nhiệt độ nhựa trong quá

trình phun ép hoàn toàn có thể đƣợc sử dụng nhằm hạn chế độ cong vênh
của các sản phẩm nhựa. Ngoài ra, với nhiệt độ nhựa cao, khả năng điền
đầy lòng khuôn trong các trƣờng hợp sản phẩm dạng thành mỏng hoặc sản
phẩm phức tạp cũng đƣợc cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, thông số nhiệt độ
nhựa chỉ đƣợc thay đổi trong khoảng cho phép của vật liệu nhựa. Nếu
nhiệt độ nhựa quá cao sẽ dễ dẫn đến khuyết tật về bavia hoặc làm chậm
thời gian giải nhiệt cho sản phẩm.

vi


 Thông qua nghiên cứu này, chiều dày của sản phẩm có ảnh hƣởng lớn đến
độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm. Khi tăng chiều dày từ 1.0 mm
đến 2.5 mm, độ cong vênh đã giảm từ 1.59 mm xuống 0.27 mm. Do đó,
chiều dày sản phẩm cũng là một thông số quan trọng, cần đƣợc quan tâm
trong quá trình thiết kế các sản phẩm nhựa.
Thông qua quá trình đo kiểm thực tế, độ chính xác của các kết quả mô
phỏng đã đƣợc kiểm chứng. Các kết quả so sánh giữa thí nghiệm và mô phỏng
cho thấy quá trình mô phỏng có thể dự đoán khá chính xác độ cong vênh của sản
phẩm nhựa dạng tấm.Do đó, trong quá trình sản xuất, công cụ mô phỏng hoàn
toàn có khả năng ứng dụng trong thực tế nhằm dự đoán trƣớc mức độ cong vênh
của sản phẩm nhựa dạng tấm, từ đó, nhà sản xuất sẽ có các giải pháp khắc phục
hoặc hạn chế độ cong vênh của sản phẩm.

vii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa

LÝ LỊCH KHOA HỌC ........................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. iii
CẢM TẠ ............................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. xi
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ...................................................................................... 1
1.1.

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong

và ngoài nƣớc đã công bố .................................................................................. 1
1.1.1

Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài ............................................... 1

1.1.2

Tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc................................................ 2

1.2.

Mục đích của đề tài. ............................................................................... 3

1.3.

Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài. .................................................. 3

1.4.

Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................ 5

1.4.1

Tiến hành thực hiện mô phỏng trên Moldflow 2010. .................... 5

1.4.2

Tiến hành thí nghiệm: .................................................................... 6

Chƣơng 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 7
2.1
2.1.1

Vật liệu nhựa. ......................................................................................... 7
Phân loại vật liệu nhựa ................................................................... 7

2.1.1.1 Phân loại theo tính chất .............................................................. 7
2.1.1.2 Phân loại theo ứng dụng............................................................. 7
2.1.1.3 Phân loại theo cấu tạo hóa học ................................................... 8
2.1.2
Một số loại nhựa thông dụng ......................................................... 8
2.1.3
2.2
2.2.1

Các thông số gia công của vật liệu nhựa ...................................... 14
Cong vênh ............................................................................................ 18
Hiện tƣợng co rút, cong vênh của sản phẩm nhựa ....................... 19

2.2.1.1. Lý thuyết .................................................................................. 20
2.2.1.2. Thực tế và các ứng dụng .......................................................... 22

2.2.1.3. Thông số phun ép và độ co rút: ................................................ 23
2.2.2
Công thức tính kích thƣớc khuôn dựa vào độ co rút.................... 27

viii


2.2.3

Nhiệt độ khuôn ............................................................................. 30

2.2.4

Áp Suất ......................................................................................... 30

Chƣơng 3: KỸ THUẬT MÔ PHỎNG CAE ........................................................ 32
3.1.

Tổng quan về CAE. .............................................................................. 32

3.1.1.

Khái niệm về thuật ngữ CAE. ...................................................... 32

3.1.2.

Những ƣu điểm và ứng dụng của CAE. ....................................... 32

3.2.

Giới thiệu phần mềm CAE Moldflow Plastics Insight. ....................... 34

3.2.1.
Trình tự phân tích, tối ƣu hóa thiết kế bằng Moldflow Plastics
Insight. ...................................................................................................... 36
3.2.2.

Phân tích quá trình điền đầy nhựa vào khuôn. ............................. 36

3.2.3.

Tối ƣu hóa thời gian làm nguội .................................................... 38

3.2.4.

Tối ƣu hóa thời gian định hình (bão áp). ..................................... 40

3.2.5.

Phân tích, dự đoán những khuyết tật có thể có trên sản phẩm. .... 42

3.3.

Các quá trình phân tích CAE cơ bản ứng dụng Moldflow Plastics

Insight 2010 cho mẫu thử cong vênh. .............................................................. 44
3.3.1

Trình tự thao tác trên phần mềm. ................................................. 44

3.3.2

Xác định thông số ép phun. .......................................................... 49

3.3.3
mềm.

Quá trình phân tích kết thúc và xem kết quả phân tích trên phần
...................................................................................................... 50

3.4

Thông số máy ép phun. ........................................................................ 50

3.5 Đặc tính nhựa ép phun Polypropylene (PP). ............................................. 51
3.6

Các quá trình phân tích cơ bản ............................................................. 53

3.6.1

Quá trình điền đầy ........................................................................ 53

3.6.2

Áp suất phun. ............................................................................... 55

3.6.3

Nhiệt độ khuôn. ............................................................................ 56

3.6.4

Thời gian điền đầy hoàn toàn. ...................................................... 58

3.6.5

Nhiệt độ dòng nhựa khi đã điền đầy hoàn toàn............................ 59

3.6.6

Nhiệt độ sản phẩm sau khi đã làm nguội trong khuôn. ................ 60

3.6.7

Cong vênh. ................................................................................... 61

3.7

Phƣơng pháp đo sản phẩm sau khi ép mẫu. ......................................... 61

ix


Chƣơng 4:ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN VÀ NHIỆT ĐỘ NHỰA
ĐẾN ĐỘ CONG VÊNH CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG TẤM .................... 63
Mô phỏng độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm ....................... 63

4.1.

Khi thay đổi nhiệt độ khuôn từ 30 oC đến 90oC ........................... 63

4.1.1

4.1.1.1 Đo Theo chiều rộng .................................................................. 63
4.1.1.2 Đo Theo chiều dài: ................................................................... 65
4.1.2
Khi thay đổi nhiệt độ nhựa từ 200 đến 280oC :........................... 67
4.2.

Kết quả thực nghiệm của sản phẩm mẫu thử. ...................................... 72

4.2.1
So sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm của
nhiệt độ khuôn 40oC và nhiệt độ nhựa 200oC nhựa PP................................ 72
So sánh kết quả cong vênh theo chiều dày (đo theo chiều dài). ..
.................................................................................................. 72
4.2.1.2 So sánh kết quả cong vênh theo chiều dày(đo theo chiều rộng) . .
.................................................................................................. 73
4.2.2
So sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực
nghiệm của sản phẩm có bề dày 2.5 mm khi thay đổi nhiệt độ nhựa từ 200oC
4.2.1.1

lên 280oC. ..................................................................................................... 75
4.2.2.1 So sánh kết quả cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều
dài).
.................................................................................................. 75
4.2.2.2 So sánh kết quả cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều
rộng của mẫu 2.5mm). ............................................................................. 76

4.2.3
So sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiêm của
sản phẩm có bề dày 1 mm khi thay đổi nhiệt độ nhựa từ 200oC lên 280oC. 78
4.2.3.1 So sánh kết quả cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều
dài).
.................................................................................................. 78
4.2.3.2 So sánh kết quả cong vênh theo chiều rộng. ............................ 79
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 83

x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Diễn giải

ABS :

Acrylonitrile-Butadiene-Styrene

MF

:

Melamine- formaldehyde

P

:

Áp suất phun

PA

:

Polyamide

PA6

:

Polyamide(Nylon) 6

PA 66 :

Polyamide (Nylon) 66

PBT

:

Poly butylene terephthalate

PE

:

Polyethylene

PF

:

Phenol-formaldehyde

PEHD :

Polyethylene high density

PELD :

Polyethylene low density

PET

Polyethylene terephthalate

:

PMMA:

Polymethyl methacrylate

PC

Polycarbonate

:

POM
PP

Polyoxymethylene hoặc polyformaldehyde
:

Polypropylene

PPO :

Polyphenylene-oxide

PPS

:

Polyphenylene -sulfide

PS

:

Polystyrene

PU

:

Polyyretan

PVC :

Polyvinyl chloride

SPMT :

Sản phẩm mẫu thử

T

:

Nhiệt độ nhựa

V

:

Thể tích nhựa

xi


DANH MỤC HÌNH ẢNH

HÌNH

Trang

Hình 1.1: Kết quả mô phỏng độ cong vênh của sản phẩm dạng tấm ......... 4
Hình 1.2: Đo độ cong vênh của sản phẩm ................................................. 5

Hình 2.1: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của
nhựa PP. .................................................................................... 9
Hình 2.2: Bình đun nƣớc .......................................................................... 10
Hình 2.3: Khay đựng thuốc ...................................................................... 11
Hình 2.4: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của
nhựa PC ................................................................................... 12
Hình 2.5: Cong vênh theo chiều dài của sản phẩm .................................. 18
Hình 2.6: Ảnh hƣởng của các thông số ép đến độ co rút nhựa. ............... 19
Hình 2.7: Mối quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ và thể tích của nhựa ......... 20
Hình 2.8: Sản phẩm dạng phẳng có thể bị cong vênh sau quá trình ép
phun vì độ dày không đồng đều nhau. .................................... 25
Hình 2.9: Khuôn của nắp ly cà phê, co rút là điều cần thiết để kéo mấu
theo hƣớng của mũi tên theo một góc thích hợp. .................... 26
Hình 2.10: Một số mặt cắt ngang cho thấy sự co rút không đồng đều, kết
quả là tạo ra vết lõm và khoảng trống: Mặt cắt A, có cả vết lõm
và khoảng trống tại nơi hai thành giao nhau; Mặt cắt B, lõi ở
giữa sẽ ngăn đƣợc vết lõm và khoảng trống; Mặt cắt C vết lõm
tại nơi giao nhau của gân; Mặt cắt D, khoảng trống tại nơi giao
nhau của gân; Mặt cắt E, chiều dày gân tăng cứng tỷ lệ với các
vết lõm..................................................................................... 27

xii


Hình 2.11: Độ co rút theo trục và theo hƣớng tâm đƣợc thể hiện theo

chiều dòng chảy nhựa. ............................................................ 28
Hình 2.12: Để tránh tốn thêm chi phí cho viêc tăng thêm đƣờng kính trục
D (hình trái), các nhà thiết kế đã tính toán co rút bằng cách
tăng đƣờng kính Dp (hình phải). Vì vậy chỉ cần tính toán sao
cho đúng với đƣờng kính trục. ................................................ 29
Hình 2.13: Để đảm bảo khoảng cách giữa các lỗ, thƣờng là các trục hình
(a) bằng cách ta mở rộng đƣờng kính lỗ nằm trong vùng hệ số
co rút cho phép của vật liệu hình (b)....................................... 30

Hình 3.1: Vai trò của CAE trong quy trình thiết kế - chế tạo khuôn ép
phun ......................................................................................... 33
Hình 3.2: Giao diện phần mềm Moldflow 2010 ...................................... 34
Hình 3.3: Kết quả phân tích thời gian phun trong MPI ........................... 35
Hình 3.4: Qui trình phân tích tổng quát trong Moldflow Plastic Insight . 36
Hình 3.5: Định chế độ công nghệ cho quá trình ép phun........................ 37
Hình 3.6: Phân tích quá trình điền đầy nhựa vào khuôn .......................... 38
Hình 3.7: Qui trình tối ƣu hóa thời gian làm nguội ................................. 39
Hình 3.8: Qui trình tối ƣu hóa thời gian bảo áp ....................................... 41
Hình 3.9: Sơ đồ khắc các phƣơng pháo khắc phục biến dạng, cong vênh
................................................................................................. 42
Hình 3.10: Khảo sát và khắc phục biến dạng, cong vênh ........................ 43
Hình 3.11:Trình tự nhập mô hình phân tích ............................................. 44
Hình 3.12: Chia lƣới tự động mô hình sản phẩm ..................................... 45
Hình 3.13: Chi tiết sau khi chia lƣới ........................................................ 45
Hình 3.14: Chọn phƣơng pháp ép phun. .................................................. 46

xiii


Hình 3.15: Chọn vấn đề phân tích. ........................................................... 46

Hình 3.16: Bảng chọn vật liệu nhựa......................................................... 47
Hình 3.17: Chọn vị trí đặt miệng phun. ................................................... 48
Hình 3.18: Đƣờng nƣớc làm nguội khuôn. .............................................. 48
Hình 3.19: Xác định thông số ép .............................................................. 49
Hình 3.20: Xác định thông số ép............................................................. 49
Hình 3.21: Một kết quả phân tích trên phần mềm. .................................. 50
Hình 3.22: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của
nhựa PP ................................................................................... 53
Hình 3.23: Áp suất điền đầy cần thiết. ..................................................... 55
Hình 3.24: Nhiệt độ khuôn ....................................................................... 57
Hình 3.25: Thời gian điền đầy hoàn toàn ................................................. 58
Hình 3.26: Nhiệt độ nhựa khi đã điền đầy. .............................................. 59
Hình 3.27: Nhiệt độ chi tiết tại thời điểm kết thúc quá trình làm nguội
trong khuôn ............................................................................. 60
Hình 3.28: Kiểm tra cong vênh. ............................................................... 61
Hình 3.29: Máy đo 3D CMM. .................................................................. 61
Hình 3.30: Đo mẫu thử............................................................................. 62

xiv


Hình 4.1: Biểu đồ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn ứng
với chiều rộng. ........................................................................ 64
Hình 4.2: Độ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn theo
chiều dài. ................................................................................. 65
Hình 4.3: Biểu đồ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ nhựa ứng
với chiều rộng. ........................................................................ 67
Hình 4.4: Biểu đồ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ nhựa ứng
với chiều dài. ........................................................................... 69
Hình 4.5: Ứng suất dƣ của sản phẩm mẫu thử có bề dày 1.0 mm. .......... 70

Hình 4.6: Ứng suất dƣ của sản phẩm mẫu thử có bề dày 1.5mm. ........... 70
Hình 4.7: Ứng suất dƣ của sản phẩm mẫu thử có bề dày 2.0 mm. .......... 71
Hình 4.8: Ứng suất dƣ của sản phẩm mẫu thử có bề dày 2.5 mm. .......... 71
Hình 4.9: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực
nghiệm theo chiều dày (đo theo chiều dài). ............................ 72
Hình 4.10: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực
nghiệm theo chiều dày (đo theo chiều rộng)........................... 74
Hình 4.11: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực
nghiệm theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài của mẫu 2.5
mm). ........................................................................................ 75
Hình 4.12: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực
nghiệm với nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu
2.5mm). ................................................................................... 77
Hình 4.13: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực
nghiệm đo theo chiều dài của mẫu 1 mm. .............................. 78
Hình 4.14: Biểuđồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực
nghiệm theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 1
mm). ........................................................................................ 79

xv


DANH MỤC BẢNG BIỂU

BẢNGTrang
Bảng 1.1: Thông số phun ép của nhựa Polypropylene (PP)....................... 4
Bảng 2.1: Thông số vật liệu nhựa PP ......................................................... 8
Bảng 2.3:Thông số vật liệu nhựa PC ........................................................ 11
Bảng 2.5: Nhiệt độ gia công một số chất dẻo .......................................... 15
Bảng 2.6: Nhiệt độ phá hủy của một số chất dẻo ..................................... 15

Bảng 2.7: Độ co rút của một số vật liệu .................................................. 16
Bảng 2.8: Chiều dày thành sản phẩm nhựa .............................................. 17

Bảng 3.1: Thông số máy phun ép ............................................................. 51
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật nhựa PP trong ép phun ............................... 52
Bảng 3.3: Thông số kết quả dữ liệu phân tích quá trình điền đầy. ........... 54
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của máy đo 3D CMM ................................ 62

Bảng 4.1: Kết quả mô phỏng cong vênh theo chiều dày khi thay đổi nhiệt
độ khuôn (đo theo chiều rộng). ............................................... 63
Bảng 4.2: Kết quả mô phỏng cong vênh theo chiều dày khi thay đổi nhiệt
độ khuôn (đo theo chiều dài). ................................................. 65
Bảng 4.3: Kết quả mô phỏng cong vênh theo chiều dày khi thay đổi
nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng). ........................................ 67
Bảng 4.4: Kết quả mô phỏng cong vênh theo chiều dày, khi thay đổi
nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài)............................................ 68

xvi


Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo chiều
dày (đo theo chiều dài). ........................................................... 72
Bảng 4.6: Kết quả môt phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo chiều
dày (đo theo chiều rộng). ........................................................ 73
Bảng 4.7: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo nhiệt
độ nhựa (đo theo chiều dài của mẫu 2.5 mm) ......................... 75
Bảng 4.8: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo nhiệt
độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 2.5 mm). ..................... 76
Bảng 4.9: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh đo theo
chiều dài của mẫu 1 mm. ........................................................ 78

Bảng 4.10: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo nhiệt
độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 1 mm). ........................ 79

xvii


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong
và ngoài nƣớc đã công bố
1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài
Có rất nhiều công trình đã đƣợc nghiên cứu ở nƣớc ngoài về biến
dạng của sản phẩm nhựa cụ thể nhƣ sau:
a. Trong nghiên cứu của Shia - Chung Chen , Ying Chang, Tsung-Hai
Chang, Rean-Der Chien đã trình bày ảnh hƣởng của việc sử dụng xung
làm mát khuôn để điều khiển nhiệt độ khuôn cho nhựa điền đầy trên các
rãnh nhỏ chính xác.
Việc làm mát khuôn bằng xung tuần hoàn nƣớc làm mát, thƣờng đƣợc
dừng lại trong quá trình điền đầy sản phẩm vào khuôn và thời gian đóng
mở khuôn.Điều này dẫn đến kết quả là,khi gia tăng nhiệt độ bề mặt khuôn
thì có thể thay đổi chất lƣợng điền đầy sản phẩm tạo ra sựtƣơng quan
giữa nhiệt độ khuôn và khả năng điền đầy.Nhƣ vậy, tác giả đã chứng
minh đƣợc khả năng điền đầy của sản phẩm càng cao khi tăng nhiệt độ
khuôn trong quá trình ép phun.
b. W. B. Young, A. Chen, Injection-Compression Molded Part Shrinkage
Uniformity Comparison between Semicrystalline and Amorphous
Plastics, Transactions of the Aeronautical and Astronautical Society of
the Republic of China, 34(1)39-44 (2006).
Thông qua phƣơng pháp mô phỏng, Young đã tìm hiểu ảnh hƣởng
của điều kiện phun ép đến ứng suất dƣ và quá trình co rút của sản phẩm

nhựa sau khi đƣợc lấy ra khỏi khuôn.Với nghiên cứu này, Young đã dùng
sản phẩm phun ép là thấu kính có chiều dày lớn.Trên kết quả nghiên cứu

1


này, Young kết luận rằng nhiệt độ khuôn là yếu tố quan trọng nhất ảnh
hƣởng đến độ co rút của thấu kính.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc
Hiện nay, tại các công ty nhựa trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh – Việt nam, các
kỹ sƣ đã bắt đầu tiếp cận phƣơng pháp mô phỏng và bƣớc đầu có thể dự đoán trƣớc
các khuyết tật của sản phẩm nhựa nhằm có phƣơng án giải quyết thích hợp. Một
trong số các khuyết tật thƣờng gặp tại Việt Nam là độ cong vênh của sản phẩm vƣợt
quá giới hạn cho phép, để hạn chế cong vênh, các công ty đã bƣớc đầu tiếp cận kỹ
thuật mô phỏng dòng chảy và mô phỏng quá trình giải nhiệt của khuôn.Trong nhiều
khuôn khổ các đề tài nghiên cứu khoa học gần đây, quá trình giải nhiệt của khuôn
thƣờng đƣợc quan tâm. Tuy nhiên, quá trình co rút và cong vênh sản phẩm nhựa
thƣờng bị ảnh hƣởng nhiều bởi các yếu tố phun ép nhƣ vật liệu nhựa, chất phụ gia,
các thông số về áp suất, thời gian,…thì vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều.
Mặt khác, trong quá trình sản xuất, bƣớc xác định nhiệt độ khuôn và nhiệt độ
nhựa chỉ đƣợc hiểu và thực hiện theo các thông số hƣớng dẫn của nhà sản xuất với
xu hƣớng chọn nhiệt độ nhựa thật cao để đạt mục tiêu quan trọng nhất là điền đầy
càng nhiều lòng khuôn càng tốt, nhằm nâng cao sản lƣợng. Do đó, thực trạng của
sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam, chỉ dừng lại ở nhóm các sản phẩm đơn giản,
chất lƣợng chƣa cao, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng gia dụng. Ngƣợc lại,
với các quy trình phun ép đang đƣợc ứng dụng tại nƣớc ngoài, lựa chọn nhiệt độ
nhựa tối ƣu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lƣợng sản
phẩm.
Nhìn chung, nếu nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa thích hợp, quá trình điền
đầy nhựa vào lòng khuôn 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
khuôn và nhiệt độ nhựa quá cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài,
và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian,chi phí sản xuất cũng sẽ gia tăng. Ngoài ra,
vật liệu nhựa có thể bị phân hủy do hiện tƣợng quá nhiệt. Ngƣợc lại, nếu nhiệt độ

2


khuôn và nhiệt độ nhựa quá thấp, độ nhớt của nhựa nóng chảy sẽ tăng cao, gây khó
khăn cho quá trình điền đầy lòng khuôn.
Qua các phân tích nêu trên chúng tôi nhận thấy, hiện tƣợng co rút và cong
vênh là một trong những yếu tố chính ảnh hƣởng đến chất lƣợng và khả năng làm
việc của sản phẩm phun ép nhựa. Mặc dù có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến độ co rút
sản phẩm nhƣ vật liệu, thông số phun ép, thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn… nhƣng
ảnh hƣởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều và
trong thực tế sản xuất, phƣơng pháp lựa chọn theo kinh nghiệm vẫn phải đƣợc sử
dụng. Từ thực tế đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu chi tiết hơn về nhiệt độ khuôn
và nhiệt độ nhựa.Các kết quả nghiên cứu về quá trình cong vênh sẽ đƣợc tổng hợp
và so sánh thông qua phƣơng pháp thí nghiệm và phƣơng pháp mô phỏng với phần
mềm Moldflow 2010.
1.2. Mục đích của đề tài.
Nghiên cứu đƣợc sự ảnh hƣởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa, đến độ
cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm thông qua phƣơng pháp mô phỏng và thực
nghiệm.
1.3. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài.
Trong nghiên cứu này, nhựa Polypropylene (PP) sẽ đƣợc sử dụng trong quá
trình thí nghiệm và mô phỏng với các thông số phun ép đƣợc trình bày nhƣ Bảng
1.1.Quá trình mô phỏng với phần mềm Moldflow 2010 sẽ đƣợc tiến hành thông qua
mô hình mô phỏng có 7658 phần tử.Các kích thƣớc của hệ thống kênh dẫn nhựa
đƣợc mô hình hóa nhƣ tấm khuôn thực.Sau khi quá trình mô phỏng kết thúc, kết quả

về độ cong vênh đƣợc thể hiện nhƣ Hình 1.1.Các kết quả này sẽ đƣợc tổng hợp và
so sánh với thực nghiệm.

3


Bảng 1.1: Thông số phun ép của nhựa Polypropylene (PP)
Thông số phun ép
180 -2900C
10.0 - 95.00C
80 - 240 mm/s
70.0 - 93.30C
2.0 -3.0 giờ
0.010 - 0.150 %
4.14 - 130 MPa

Nhiệt độ nhựa
Nhiệt độ khuôn
Tốc độ phun
Nhiệt độ sấy
Thời gian sấy
Độ ẩm cho phép
Áp suất phun

Hình 1.1:Kết quả mô phỏng độ cong vênh của sản phẩm dạng tấm.
Trong quá trình thí nghiệm nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nhựa nóng chảy đƣợc
điều chỉnh ở 200oC; thời gian điền đầy khuôn: 1 giây, thời gian định hình: 5 giây,
Áp suất phun và áp suất định hình đƣợc điều chỉnh ở 100 MPa, và thời gian giải
nhiệt là 15 giây. Với mục tiêu nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ khuôn đến độ
cong vênh của sản phẩm nhựa, các sản phẩm phun ép dạng tấm hình chữ nhật đƣợc

thiết kế với kích thƣớc 30 mm x 150 mm, và chiều dày thay đổi từ 1.0 mm; 1.5 mm;
2.0 mm; và 2.5mm. Ngoài ra, trong quá trình phun ép, với sự hỗ trợ của thiết bị
điều khiển nhiệt độ khuôn bằng nƣớc, với mỗi loại chiều dày của sản phẩm, các
mức nhiệt độ khuôn sẽ đƣợc tiến hành thí nghiệm: 30oC; 40 oC; 50oC; 60 oC;
70oC;80oC; và 90oC. Ứng với mỗi trƣờng hợp nhiệt độ khuôn, 20 chu kỳ phun ép sẽ
đƣợc tiến hành ép thử nhằm đảm bảo hệ thống đạt đƣợc trạng thái ổn định. Sau đó,

4


10 chukỳ kế tiếp sẽ đƣợc tiến hành thu thập các mẫu cho quá trình đo độ cong vênh.
Độ cong vênh của sản phẩm đƣợc tiến hành đo nhƣ Hình 1.2. Ứng với mỗi loại
nhiệt độ khuôn và chiều dày sản phẩm, 10 mẫu sẽ đƣợc đo, và giá trị trung bình của
các lần đo sẽ đƣợc sử dụng nhằm so sánh và phân tích với các trƣờng hợp khác.
Tấm cong vênh sau khi phun ép

Tấm không cong vênh

δ (mm)

150 (mm)
(*) δ (mm): Độ cong vênh của tấm

Hình 1.2: Đo độ cong vênh của sản phẩm
Tƣơng tự, trong quá trình thí nghiệm nhiệt độ nhựa, nhiệt độ khuôn đƣợc
điều chỉnh ở 40 oC, thời gian điền đầy khuôn là 1s, thời gian định hình là 5s, áp suất
phun và áp suất định hình đƣợc điều chỉnh ở 100 MPa, và thời gian giải nhiệt là 15s.
kích thƣớc sản phẩm giống nhƣ thí nghiệm về nhiệt độ khuôn. Ngoài ra, trong quá
trình phun ép, với mỗi loại chiều dày của sản phẩm, các mức nhiệt độ nhựa sau sẽ
đƣợc tiến hành thí nghiệm: 200 oC, 220oC, 240 oC, 260 oC và 280 oC. Ứng với mỗi

trƣờng hợp nhiệt độ nhựa, 20 chu kỳ phun ép sẽ đƣợc tiến hành ép thử nhằm đảm
bảo hệ thống đạt đƣợc trạng thái ổn định. Sau đó, 10 chu kỳ kế tiếp sẽ đƣợc tiến
hành thu thập các mẫu cho quá trình đo độ cong vênh. Độ cong vênh của sản phẩm
đƣợc tiến hành đo nhƣ Hình 1.2. Ứng với mỗi loại nhiệt độ nhựa và chiều dày sản
phẩm, 10 mẫu sẽ đƣợc đo, và giá trị trung bình của các lần đo sẽ đƣợc sử dụng
nhằm so sánh và phân tích với các trƣờng hợp khác.
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
1.4.1 Tiến hành thực hiện mô phỏng trên Moldflow 2010.
-

Tìm hiểu phần mềm.

-

Nghiên cứu hiện tƣợng co rút sản phẩm nhựa của quá trình phun ép

-

Thực hiện quá trình mô phỏng và đƣa ra các kết quả tổng quát.

5