Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CAE moldex3d để nâng cao chất lượng khuôn ép chi tiết đồ chơi bằng nhựa

V QUANG LNG

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học
NGHàNH: MáY Và DụNG Cụ CÔNG NGHIệP

MY V DNG C CễNG
NGHIP

NGHIÊN CứU ứng dụng phần mềm cae moldex3d
để nâng cao chất lượng khuôn ép
Chi tiết đồ chơi bằng nhựa

Vũ quang lương

2008 1006
Hà Nội
2011

Hà Nội 2011


bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu ứng dụng phần mềm cae moldex 3d
để nâng cao chất lượng sản phẩm khuôn ép
Chi tiết đồ chơi bằng nhựa
ngành : máy và dụng cụ công nghiệp
Mã Số: 004861C810

Vũ QUANG LƯƠNG

Người hướng dẫn khoa học:
TS. HOàNG VĩNH SINH

Hà Nội 2011


LỜI CẢM ƠN

Kết quả học tập của một người học viên nào đều phụ thuộc rất lớn vào thầy
cô, gia đình và bạn bè của họ.
Quá trình học hỏi tiếp cận với những công cụ để thực hiện luận văn này tác
giả được thầy TS.Hoàng Vĩnh Sinh hướng dẫn và giới thiệu sang công ty Cơ điện
tử Bách Khoa BKMech .Tại đây khi mới bắt đầu làm quen với công cụ làm luận
văn tác giả còn nhiều bỡ ngỡ nhưng đã được thầy và các anh đi trước hướng dẫn
tận tình , giúp cho tác giả cảm thấy tự tin hơn và dần dần phát triển được công việc
của mình .
Trong quá trình thực hiện luận văn tuy rằng có nhiều lúc gặp khó khăn về
kiến thức và kỹ năng nhưng được sự giúp đỡ hết sực nhiệt tình của thầy giáo
TS.Hoàng Vĩnh Sinh tác giả đã có được những thành công trong nghiên cứu hoàn
thành luận văn.
Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS.Hoàng Vĩnh
Sinh và phòng chuyển giao công nghệ CAD/CAM/CAE của công ty cơ điện tử Bách

Khoa BKMech đã tận tình hướng dẫn và cung cấp cho tác giả những công cụ cần
thiết cho luận văn. Tác giả cũng xin được cảm ơn phòng kỹ thuật công ty cổ phẩn
Robot Tosy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả nghiên cứu, tìm hiểu tại công
ty. Cuối cùng tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè những người luôn bên cạnh động
viên và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn.
Học Viên

Vũ Quang Lương


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh
MỤC LỤC

MỤC LỤC..............................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH VẼ.........................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU....................................................................................8
CHƯƠNG MỞ ĐẦU .............................................................................................9
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU ÉP PHUN VÀ MÁY ÉP PHUN11
1.1. VẬT LIỆU NHỰA ÉP PHUN ...................................................................11
1.1.1. Giới thiệu .........................................................................................11
1.1.1.1. Polyme .........................................................................................11
1.1.1.2. Mắc xích cơ sở .............................................................................11
1.1.1.3. Độ trùng hợp ................................................................................11
1.1.1.4. Tên gọi .........................................................................................12
1.1.2. Đặc tính của một số loại nhựa thông dụng........................................13
1.1.2.1. Polyetylen(PE) .............................................................................13
1.1.2.2. Polypropylene(PP) .......................................................................13
1.1.2.3. Polystyrene (PS)...........................................................................14

1.1.2.4. Polyvinyl chlorire(PVC) ............................................................... 15
1.1.2.5. Polymethylmethacrylate(PMMA)..................................................15
1.1.2.6. Polyoxymethylene(POM) .............................................................. 16
1.1.2.7. Polyamide(PA) .............................................................................16
1.2. MÁY ÉP PHUN........................................................................................17
1.2.1. Phân loại..........................................................................................17
1.2.2. Cấu tạo............................................................................................. 17
1.2.3. Hệ thống kẹp ....................................................................................17
1.2.4. Khuôn............................................................................................... 18
1.2.5. Hệ thống phun ..................................................................................19
1.2.6. Hệ thống thủy lực .............................................................................20
1.2.7. Hệ thống điều khiển..........................................................................21
1.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ÉP ................................................21
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU PHẦN MỀM CAE- MOLDEX3D ............................ 25
2.1. MOLDEX3D – DESIGNER......................................................................25
2.1.1. Giao diện đồ họa ..............................................................................25
2.1.2. Các đối tượng...................................................................................27

Học viên: Vũ Quang Lương

1

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

2.1.2.1. Đối tượng điểm.............................................................................27

2.1.2.2. Đối tượng đường cong..................................................................27
2.1.2.3. Đối tượng mặt liên tiếp.................................................................27
2.1.2.4. Đối tượng mặt lưới .......................................................................27
2.1.2.5. Đối tượng khối lưới ......................................................................27
2.1.2.6. Chọn đối tượng trong cửa sổ ........................................................28
2.1.2.7. Chọn đối tượng trong công cụ ......................................................28
2.1.3. Điểm ràng buộc và đối tượng bắt điểm .............................................28
2.1.4. Các Lệnh tạo đối tượng ....................................................................29
2.1.5. Các lệnh chỉnh sửa đối tượng ...........................................................34
2.1.6. Các lệnh chuyển đổi đối tượng .........................................................35
2.1.7. Các lệnh kiểm tra .............................................................................36
2.1.7.1. Hiển thị chất lượng lưới ............................................................... 36
2.1.7.2. Kiểm tra bề mặt lưới.....................................................................36
2.1.7.3. Thiết lập thuộc tính đối tượng.......................................................37
2.1.7.4. Đo khoảng cách............................................................................37
2.1.7.5. Mô hình hiển thị độ dày................................................................ 37
2.1.8. Hệ thống kênh dẫn............................................................................38
2.1.8.1. Gate Wizard .................................................................................38
2.1.8.2.Giới thiệu hệ thống kênh dẫn (Introduction to Runer System Wizard)
40
2.1.9. Hệ thống làm mát .............................................................................45
2.1.9.1. Giới thiệu về thủ thuật khuôn cơ bản ............................................46
2.1.9.2. Thuật sĩ lớp kênh làm mát............................................................. 50
2.1.9.3. Đường vào/ ra chất làm mát.........................................................51
2.1.9.4. Bác sỹ hệ thống làm mát............................................................... 53
2.2. MOLDEX3D - EDESIGN.........................................................................55
2.2.1. Các thủ tục cơ bản để tạo một dự án mới..........................................55
2.2.1.1. Bước 1: Tạo một dự án mới ..........................................................55
2.2.1.2. Bước 2: Hoàn thành các cài đặt cho dự án mới............................ 60
2.2.1.3. Bước 3: chọn một chương trình phân tích và thực hiện phân tích .71

2.2.1.4. Bước 4: Hiển thị kết quả phân tích ...............................................72
2.2.2. Giới thiệu về vật liệu.........................................................................75
2.2.3. Giới thiệu về thuật sĩ “Process - chương trình”................................ 75
2.2.3.1. Chức năng tổng quan ...................................................................75
2.2.3.2. Thẻ cài đặt dự án..........................................................................75

Học viên: Vũ Quang Lương

2

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

2.2.3.3. Thẻ cài đặt Điền đầy/đóng rắn .....................................................80
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH SẢN PHẨM VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ÉP
PHUN TRÊN MOLDEX3D ................................................................................83
3.1. ĐẶC TÍNH YÊU CẦU KỸ THUẬT .........................................................83
3.1.1. Giới thiệu chi tiết..............................................................................83
3.1.2. Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của chi tiết ...........................................84
3.2. VẬT LIỆU CHẾ TẠO SẢN PHẨM ..........................................................85
3.3. KHUÔN VÀ CHẾ ĐỘ PHUN SẢN PHẨM ..............................................86
3.2.1. Kết cấu sơ bộ của khuôn...................................................................86
3.2.2. Thông số phun cơ bản......................................................................88
3.4. HIỆN TRẠNG SẢN PHẨM THẬT...........................................................88
3.5. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ÉP PHUN SẢN PHẨM TRÊN MOLDEX3D .90
3.5.1. Tính sai số độ tròn và độ co ngót......................................................92

3.5.1.1. Tính sai số độ tròn........................................................................92
3.5.1.2. Tính độ co ngót...........................................................................101
3.5.2. Tính toán độ cong vênh...................................................................102
CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP................................................................................ 110
4.1. NHẬN XÉT ............................................................................................ 110
4.2. GIẢI PHÁP............................................................................................. 110
4.2.1. Tìm vị trí đầu phun ......................................................................... 110
4.2.2. Đánh giá sản phẩm với vị trí đầu phun mới ....................................114
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................119
5.1. KẾT LUẬN ............................................................................................ 119
5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..........................................................................119
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................120

Học viên: Vũ Quang Lương

3

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Cấu tạo máy ép phun.............................................................................17
Hình 1.2: Hệ thống kẹp..........................................................................................17
Hình 1.3 : Hệ thống kẹp bằng thuỷ lực ..................................................................18
Hình 1.4 : Khuôn...................................................................................................18
Hình 1.5 : Hệ thống phun .....................................................................................19

Hình 1.6 : Đầu trục vít...........................................................................................20
Hình 1.7 : Một số đầu phun ...................................................................................20
Hình 1.8 : Bảng điều khiển. ...................................................................................21
Hình 1.9 : Quá trình nhựa hoá ...............................................................................22
Hình 1.10 : Công đoạn bơm nhựa ..........................................................................22
Hình 1.11 : Công đoạn làm nguội ..........................................................................23
Hình 1.12 : Công đoạn lấy sản phẩm .....................................................................23
Hình 2.1: Cửa sổ chính của Moldex3D - Designer.................................................25
Hình 2.2: Xem nhiều cửa sổ trong Moldex3D - Designer ......................................26
Hình 2.3: Bảng điều khiển chia lưới ......................................................................31
Hình 2.4 Tùy chọn trong bảng điều khiển lưới.......................................................32
Hình 2.5: Tạo khối lưới .........................................................................................33
Hình 2.6: Tạo khối lưới bằng tay ...........................................................................33
Hình 2.7: Tệp dữ liệu STL trước và sau khi sửa chữa ............................................34
Hình 2.9: Thanh màu phân bố độ dày ....................................................................37
Hình 2.10 : Chi tiết sau khi hiển thị thanh màu phân bố độ dày ............................. 38
Hình 2.11: Thủ tục cài đặt các loại cổng dẫn .........................................................39
Hình 2.12 : cài đặt thông số đầu phun dạng Pin gate..............................................40
Hình 2.13: Cài đặt thông số đầu phun dạng adge gate............................................40
Hình 2.14 : Tạo kênh dẫn tự động..........................................................................41
Hình 2.15 : Cài đặt thông số kênh dẫn ...................................................................42
Hình 2.16 : Thết lập thông số cuống rót.................................................................43
Hình 2.17: Thông số hình học kênh dẫn và co ngót ...............................................44

Học viên: Vũ Quang Lương

4

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp

Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

Hình 2.18: Chức năng kéo dài gate........................................................................45
Hình 2.19: Sản phẩm trước à sau khi tạo kênh làm mát..........................................45
Hình 2.20: Sản phẩm trước và sau khi tạo vở khuôn cơ bản...................................46
Hình 2.21: Kích thước dài rộng của khuôn ............................................................ 46
Hình 2.22: Thiết lập thông số chiều dài và chiều rông khuôn theo tuyệt đối ..........47
Hình 2.23: Thiết lập các thông số dài rộng của khuôn theo tương đối....................48
Hình 2.24: Thiết lập thông số chiều cao khuôn theo tuyệt đối................................ 49
Hình 2.25: Thiết lập thông số chiều cao khuôn theo tương đối .............................. 50
Hình 2.26: Thiết lập thông số tạo kênh làm mát đơn giản ......................................51
Hình 2.27: Kênh làm mát trước và sau khi thiết lập đường vào/ra..........................52
Hình 2.28: Thiết lập đầu vào và ra của hệ thống làm mát.......................................52
Hình 2.29: Báo lỗi kênh làm mát ( màu đỏ) ...........................................................53
Hình 2.30: Bác sỹ hệ thống làm mát ......................................................................54
Hình 2.31: Tự động sửa chữa.................................................................................55
Hình 2.32: Tạo một dự án mới bằng chế độ cổ điển...............................................56
Hình 2.33: Chọn giải pháp trong chế độ cổ điển ....................................................57
Hình 2.34.Thiết lập ứng dụng trong chế độ cổ điển ...............................................58
Hình 2.35: Các cài đặt khác trong chế độ cổ điển ..................................................58
Hình 2.36 : Kết thúc cài đặt dự án chế độ cổ điển ..................................................59
Hình 2.37: Thiết lập dự án mới chế độ đơn giản ....................................................60
Hình 2.38. Thẻ tùy chọn trong thủ thuật tạo kiểu chạy mới....................................60
Hình 2.39: Cửa sổ xác nhận kích hoạt lưới mới .....................................................61
Hình 2.40: Tab lưới trong thủ thuật tạo bước chạy mới..........................................62
Hình 2.41. Chọn vật liệu cho kiểu chạy mới ..........................................................63
Hình 2.42 : Thẻ vật liệu trong thủ thuật tạo kiểu chạy mới.....................................63

Hình 2.43: Lựa chọn máy ép phun.........................................................................64
Hình 2.44. Thẻ cài đặt điền đầy/ đóng rắn............................................................. 65
Hình 2.45. Thẻ cài đặt làm mát..............................................................................66
Hình 2.46. Các cài đặt nâng cao trong thẻ cài đặt làm mát.....................................66

Học viên: Vũ Quang Lương

5

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

Hình 2.47 : Thẻ điền đầy/ đóng rắn trong cài đặt thông số tính toán.......................67
Hình 2.48: Tùy chọn nâng cao cho giải quyết điền đầy/ đóng rắn ..........................68
Hình 2.49. Thẻ Làm mát trong cài đặt thông số tính toán.......................................68
Hình 2.50. Thẻ cong vênh trong “Thông số tính toán”...........................................69
Hình 2.51.Thẻ Task maneger trong mục thông số tính toán ...................................71
Hình 2.52. Cài đặt dãy phân tích............................................................................71
Hình 2.53.Kết quả phân tích ..................................................................................72
Hình 2.54: Quản lý mở bước chạy giúp người dùng bắt đầu dự án có sẵn..............73
Hình 2.55 : Sao chép bước chạy thành một bước mới............................................74
Hình 2.56. Xác nhận các số liệu sao chép .............................................................. 74
Hình 2.57. Thẻ cài đặt dự án theo chế độ CAE ......................................................76
Hình 2.58 : Chọn chế độ “ cổ điển” hoặc “đơn giản” .............................................77
Hình 2.59. Chọn máy ép phun ...............................................................................78
Hình 2.60. Cài đặt thẻ điền đầy/ đóng rắn cho chế độ CAE ...................................80

Hình 2.61 : Cài đặt thẻ điền đầy/ đóng rắn cho chế độ 1 ........................................80
Hình 2.62 : Cài đặt thẻ điền đầy/ đóng rắn cho chế độ 2 ........................................81
Hình 2.63: Thực đơn cài đặt cầu hình tỉ lệ lưu lượng .............................................82
Hình 3.1: Hình ảnh sản phẩm đĩa bay UFO- V2.0..................................................83
Hình 3.2 : Dung sai độ tròn của đĩa bay UFO – V2.0.............................................84
Hình 3.3 : Dung sai độ phẳng của đĩa bay UFO – V2.0..........................................85
Hình 3.4 : Kích thước sơ bộ khuôn ép phun đĩa bay UFO – V2.0 ..........................86
Hình 3.5 : Kết cấu thước sơ bộ khuôn ép phun đĩa bay UFO – V2.0......................87
Hình 3.6: Hình ảnh đĩa bay UFO sau khi xuất xưởng.............................................89
Hình 3.6: Hình ảnh thật của sản phẩm sau khi ép phun ..........................................89
Hình 3.7: Thẻ điền đầy/ đóng rắn...........................................................................91
Hình 3.8: Kết quả sau khi mô phỏng phân tích ......................................................91
Hình 3.9: Tọa độ 12 điểm trên đường tròn sau khi mô phỏng phân tích .................92
Hình 3.10: Tọa độ 6 điểm trên mặt phẳng sau mô phỏng phân tích......................102
Hình 4.1: Góc α xác định vị trí các đầu phun mới................................................ 111

Học viên: Vũ Quang Lương

6

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

Hình 4.2: Vị trí đặt đầu phun mới ........................................................................112
Hình 4.3: Dòng chẩy khi đầu phun không đặt gần chỗ tiếp giáp...........................113
Hình 4.4: Dòng chẩy khi đầu phun đặt gần chỗ tiếp giáp ..................................... 114

Học viên: Vũ Quang Lương

7

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Áp dụng của các loại PVC.....................................................................15
Bảng 2.1: Cài đặt mặc định của thông số tính toán trong modul shell ....................70
Bảng 3.1: Thông số nhựa PP Tairipro K1108 ........................................................85
Bảng 3.2: Tọa độ 12 điểm trong các lần mô phỏng phân tích.................................93
Bảng 3.3: Tọa độ tâm và bán kính đương tròn trong 7 lần mô phỏng phân tích.....96
Bảng 3.4: Kết quả sai số độ tròn tương đối tại 12 điểm trong 7 lần mô phỏng phân
tích khác nhau ............................................................................................... 97
Bảng 3.5: Độ co ngót tại các lần mô phỏng phân tích ..........................................101
Biểu đồ 3.2: Sự phụ thuộc của độ co ngót vào nhiệt độ........................................102
Bảng 3.6: Tọa độ 6 điểm trên mặt phẳng sau khi mô phỏng phân tích..................103
Biểu đồ 3.3: Sự phụ thuộc độ cong vênh vào nhiệt độ ......................................... 108
Bảng 4.1: Kết quả vị trí phun và khả năng điền dầy.............................................111
Biểu đồ 4.2: Sự phục thuộc của khả năng điền đầy vào vị trí đặt đầu phun ..........112
Bảng 4.2: Tọa độ 12 điểm trên đường tròn và sai số tương ứng ...........................115
Bảng 4.3: Độ cong vênh của chi tiết sau khi phun với 3 đầu phun ....................... 117

Học viên: Vũ Quang Lương

8

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh
CHƯƠNG MỞ ĐẦU

0.1 GIỚI THIỆU VỀ CAE (Computer aided for engineering)
CAE (kỹ thuật với sự trợ giúp của máy tính) là một trong những mắt xích
không thể thiếu trong sản xuất hiện đại ngày nay. Đó là những quá trình từ xây
dựng mô hình hình học CAD (computer aided for design) đến tính toán mô phỏng
các ảnh hưởng của các trường vật lý (cơ, nhiệt,điện…) đến sản phẩm trong quá trình
làm việc. Tất cả các công đoạn đó đều được thực hiện trên máy tính và ta nhận được
kết quả là trường nhiệt độ, áp suất, ứng suất, biến dạng.v.v của chi tiết trong điều
kiện làm việc mô phỏng. Một trong những công cụ quan trọng của CAE là những
phần mềm mô phỏng, trên thế giới hiện nay phổ biến có các phần mềm mô phỏng
như MOLDEX3D, NASTRAN, ANSYS, TITUS, MODULEF, SAP, CASTEM
v...v. Công cụ tính toán toán học của các phần mềm này chủ yếu dùng phần tử hữu
hạn, thể tích hữu hạn, sai phân hữu hạn …v.v. Tùy từng phần mềm cụ thể có thể
khác nhau. Trong luận văn này tác giả chọn công cụ sử dụng để tính toán CAE là
phần mềm MOLDEX3D, có nhiều lý do để tác giả chọn MOLDEX3D như :
- MOLDEX3D là một phần mềm lớn có rất nhiều mô đun khác nhau để có
thể giải quyết những bài toán khác nhau.
- Khi tác giả thực hiện luận văn này đã được sự đồng ý từ Công ty cơ điện tử
Bách Khoa BKMECH, thầy giáo TS Hoàng Vĩnh Sinh về vấn đề bản quyền phần
mềm và cung cấp những tài liệu cần thiết.

- Tác giả được sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh có nhiều kinh nghiệm tại
Công ty cơ điện Bách Khoa BKMECH.
0.2 . LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong thực tế sản xuất kỹ thuật hiện nay, vai trò của CAE là rất to lớn. Lợi
ích mà CAE mang lại cho sản xuất là tiết kiệm thời gian và chi phí thiết kế để ra
được sản phẩm hoàn thiện. Hiện nay với sự phát triển của công nghệ thông tin với

Học viên: Vũ Quang Lương

9

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

những hệ thống máy tính có khả năng tính toán rất mạnh làm mở rộng khả năng ứng
dụng, tính toán của CAE.
Hiện tại tác giả đang công tác tại công ty cổ phần robot TOSY, một trong các
lĩnh vực hoạt động của công ty là các chi tiết đồ chơi bằng nhựa. Quá trình nghiên
cứu và sản xuất luôn xuất hiện các vấn đề về chất lượng sản phẩm, cần có các biện
pháp để nâng cao chất lượng của sản phẩm
Dựa vào những lợi thế này tác giả đã chọn đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng
phần mềm CAE-MOLDEX3D để nâng cao chất lượng khuôn ép các chi tiết đồ chơi
bằng nhựa.
0.3. MỤC ĐÍCH CHỌN ĐỀ TÀI
Ứng dụng phần mềm CAE- Moldex3D để phân tích, đánh giá chất lượng khuôn và
sản phẩm ép nhựa. Từ đó có giải pháp nhằm nâng cao chất lượng khuôn ép các chi tiết đồ

chơi bằng nhựa công ty cổ phần robot TOSY.
0.4. LỜI CAM ĐOAN
Tôi, người làm luận văn này dưới sự hướng dẫn của TS Hoàng Vĩnh Sinh xin
cam đoan rằng:
- Luận văn do tôi thực hiện, các kết quả đạt được là hoàn toàn chân thực
không bịa đặt, sửa đổi, nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.
- Các tài liệu liên quan sử dụng trong luận văn là có thật với đầy đủ thông tin
liên quan và được sử dụng trong luận văn này.

Học viên: Vũ Quang Lương

10

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VỀ VẬT LIỆU ÉP PHUN VÀ MÁY ÉP PHUN

1.1.

VẬT LIỆU NHỰA ÉP PHUN

1.1.1.

Giới thiệu

1.1.1.1. Polyme
Plolymer là những hợp chất mà trong phân tử của chúng gồm nguyên tử
được nối với nhau bằng những liên kết hoá học thành những mạch dài và có khối
lượng phân tử lớn.Trong mạch chính của polymer những nhóm nguyên tử này được
lặp đi lặp lại nhiều lần.
Ví dụ: polyetylen [-CH2-CH2-]n
1.1.1.2. Mắc xích cơ sở
Mắc xích là cơ sở là những nhóm nguyên tử nhất định tham gia lăp đi lặp lại
nhiều lần trong mạch phân tử polymer.
Nhóm –CH2-CH2- trong mạch polyetylen được gọi mắc xích cơ sở
1.1.1.3.

Độ trùng hợp

Độ trùng hợp,ký hiệu là DP, biểu thị số mắt xích có tron đại phân tử.
Ví dụ : Polyetylen ( C2H4)n thì
n – là độ trùng hợp
M - trọng lượng một mạch phân tử polymer
M - trọng lượng phân tử một mắt xích cơ sở
Thì ta có :
DP=M/m  M = DP . m
Ví dụ HDPE có trọng lượng phân tử trung bình M = 25000, trọng lượng
phân tử mắt xích cơ sở m = 28  DP = 25000/28 =893

Học viên: Vũ Quang Lương

11

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp

Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

Giá trị Dp thường nằm trong khoảng từ vài đơn vị cho đến 5000 – 10000 hoặc lớn
hơn nữa.
1.1.1.4.

Tên gọi

Tên gọi polymer chủ yếu dựa vào tên monome ( mắt xích cơ sở ), hợp chất
tổng hợp thành polymer trước đó thêm vào chữ poly
Ví dụ : Etylen  PE : polyetylen
Propylen  PP : polypropylen
1.1.1.5.

Phân loại

 Dựa vào nguồn gốc: có polymerthiên nhiên, polymae nhân tạo và polymer
tổng hợp.
 Dựa vào tính chất cơ lý là chất dẻo và chất đàn hồi. Đây là cách phân loại
phổ biến nhất. Liên hệ mật thiết với cấu trúc và chúng xác định sự thích ứng với yêu
cầu công nghiệp
-Nhựa nhiệt dẻo: là nhóm vật liệu cao phân tử quan trọng nhất trong các
polymer tổng hợp, bao gồm các cao phân tử có kích thước nhất định, mạch thẳng
hay phân nhánh. Từ nhiệt dẻo chỉ ra rằng các polymer có thể chuyển trạng thái rắn
sang trạng thái dẻo bởi sự gia tăng nhiệt độ và quá trình này thuận nghịch, có thể
lặp đi lặp lại nhiều lần. Do đó đối với nhựa nhiệt dẻo ta có thể tái sinh ( ngoại trừ
PTFE , polytetraflouethylene )

-Trong kỹ thuật, nhựa nhiệt dẻo để chỉ tất cả polymer mà lực liên kết phân
tử là các liên kết thứ cấp ( lực Van der Waals, Hydro… ), các loại này nhạy nhiệt và
dung môi.
-Cao su, chất đàn hồi: đó là những polymer mạch thẳng mà lực liên kết thứ
cấp rất yếu, vệt liệu ở dạng chất lỏng rất nhớt. Để sử dụng ta phải tạo các liên kết
ngang giữa các mạch phân tử để tạo thành mạng lưới không gian ba chiều. Đặc

Học viên: Vũ Quang Lương

12

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

trưng của cao su là chúng có khả năng dãn dài cao có thề lên đến 1000% ( cao su tự
nhiên lưu hoá ). Tuy nhiên do tạo liên kết ngang nên chúng không thể tái sinh được
- Nhựa nhiệt rắn: mật độ nối ngang dày đặc cao hơn từ 10 đến 1000 lần so
với cao su. Do cấu trúc không gian ba chiều, tính chất nhựa nhiệt rắn rất cao so với
nhựa nhiệt dẻo, nhất là khả năng chịu nhiệt. Nhựa nhiệt rắn tạo thành mạng không
gian ba chiều tạo thành cao phân tử kích thước vô cùng lớn so với nguyên tử. Do
vậy, nhựa nhiệt rắn không tan, không chảy và cũng không tái sinh được.
Ví dụ : PF , PU , nhựa epoxy, silicone ….
 Dựa vào công dụng
-Nhựa thông dụng : PE , PP, PVC,PS,ABS , HIPS …
-Nhựa kỹ thuật : PA, PC ,POM , Teflon…
- Nhựa chuyên dùng : PE khối lượng phân tử cực cao, PTFE , PPS , PPD

1.1.2.

Đặc tính của một số loại nhựa thông dụng
1.1.2.1.

Polyetylen(PE)

i2 : chỉ số chảy MFR đo ở điều kiện 190*C, 2160 g ( ASTM D1248 )
Trong ép phun, loại PE dễ chảy ( i2 >25) được sử dụng để gia công các sản
phẩm khối. Độ co ngót ( liên quan tỷ trọng sản phẩm ) chịu tác động của nhiệt độ
khi hoá dẻo khối vật liệu và khi làm nguội.
Với PE tỷ trọng cao có chỉ số chảy thấp yêu cầu nhiệt độ khuôn 40 – 70*C
để sản phẩm có độ bóng cao. Loại có i2 = 2.5-4 dễ bị rạn do tập trung ứng suất. Để
khắc phục hiện tượng giòn do tính định hướng phân tử mạnh, tăng nhiệt độ phun và
dùng loại nhựa với chỉ số chảy cao phù hợp
Thùng đựng chai lọ hay thùng rác
1.1.2.2.

Polypropylene(PP)

Học viên: Vũ Quang Lương

13

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

PP dùng cho ép phun thông thường ở dạng hạt, có một số loại dạng bột.
Với PP sử dụng ở nhiệt độ cao, hỗn hợp PP được ổn định chống oxy hoá và
các tác động có hại :
 Kháng lão hoá nhiệt thông thường, có phụ gia bôi trơn không hại về sinh học
 Kháng lão hoá nhiệt cao, có ổn định quang, không ảnh hưởng về mặt sinh
học
 Kháng thời tiết- ổn định bằng than đen, dùng amine có cấu trúc không gian
cồng kềnh cho các áp dụng ngoài trời.
 Kháng lão hoá nhiệt cao với dung dịch tẩy rửa nóng, nước nóng, không độc.
 Kháng lão hoá nhiệt cao khi tiếp xúc với đồng và các kim loại khác.
Với công nghệ ép phun, thông thường compoud PP có ổn định được dùng sản
xuất các trang thiết bị nhà bếp và nội thất, thiết bị vệ sinh, gót giày, đồ dùng gia
đình( chén đĩa…) ,đồ chơi…PP kháng nhiệt có ổn định chịu đựơc dung dịch tẩy rửa
dùng sản xuất các bộ phận máy giặt gia đình và trong công nghiệp dệt, ví dụ lõi
quấn chỉ bộ phận nhuộm, các phần của máy móc điện tiếp xúc dây đồng. Trong lĩnh
vực phương tiện vận chuyển, nhiều loại PP không hoặc có gia cường được dùng: vỏ
acquy, cửa thông gió xe hơi, vôlăng xe hơi , bộ lọc khí, thanh chắn bùn. Cái hãm
phanh.
1.1.2.3.

Polystyrene (PS)

Đa số các sản phẩm làm từ họ nhựa styrene gia công ép phun. Nhựa styrene có
độ co rút nhỏ, độ chính xác kích thước cao. Nhựa styrene có biến tính cao su có ưu
điểm tạo sản phẩm lớn do dòng chảy tốt.
Các loại nhựa styrene có tính chất dẫn điện rất tốt, khả năng đúc các chi tiết chính
xác cao, giá thành vừa phải. Chúng dùng cho các áp dụng cách điện, các phần kết

Học viên: Vũ Quang Lương

14

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

cấu của công nghệ điện tử và truyền thông: như điện thoại ( vỏ bọc ABS, các phần
bên trong SB và SAN )
SB và ABS kháng va đập ở nhiệt độ thấp tốt nên được dùng để sản xuất các
phần vỏ bọc trong và ngoài trong kỹ nghệ lạnh.
Trong ngành phương thiện giao thông, SB và terpolymer dùng làm lớp lót .
vỏ bọc, bảng điều khiển, bộ tải nhiệt, ABS dùng làm thân xe hơi thể thao…
1.1.2.4.

Polyvinyl chlorire(PVC)

PVC không thể gia công một mình mà phải trộn các phu6 gia : chất ổn định
nhiệt- quang, chất bôi trơn, chất hoá dẻo. chất trợ gia công…
Bảng 1.1: Áp dụng của các loại PVC
Loại PVC

E

S

M

Giá trị K(DIN 52 726 : 0.25g PVC hoà tan trong 50 ml
cyclohexanone )
PVC cứng

-

55 -

60

56 - 60

PVC hoá dẻo

-

65 - 70

55 - 60

Tính co rút của PVC trong ép phun phụ thuộc cấu hình khuôn và điều kiện
phun. Giá trị thông thường 2 – 4% theo hướng phun và 1 – 2 % theo phương ngang,
có thể lớn hơn tuỳ trường hợp.
PVC cũng thường ép khớp nối ống và các chi tiết kỹ thuật, PVC dẻo thường
ép thảm, mũ trùm bảo vệ, nút bấm, khung bảo vệ và gắn kính xe, đồ chơi dẻo, xe
đạp, thanh hãm vôlăng xe hơi, phích cắm điện, đế giày, ủng, sandal.
1.1.2.5.

Polymethylmethacrylate(PMMA)

Học viên: Vũ Quang Lương

15

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

Trong ép phun, PMMA khó chảy hơn polystyrene, nên đầu lò hoặc cổng
phun cần có đường kính lớn.Cần thiết sấy khô vật liệu trước khi gia công để bề mặt
sản phẩm đẹp ( vật liệu để ở nhiệt độ 70 – 100*C , 4 – 5 giờ, dộ cao của khối vật
liệu không quá 4 cm ). Nhiệt độ khuôn cao làm giảm năng suất nhưng giảm ứng
suất trong sản phẩm đúc.
PMMA dùng làm kính đèn các loại; các đồ dùng vệ sinh nhà tắm, đĩa vi
tính…
1.1.2.6.

Polyoxymethylene(POM)

POM là 1 lọai nhựa kỹ thuật,có tính cứng cao ngay cả ở nhiệt độ thấp (nhiệt
độ chuyển tinh -60*C,duy trì tính kháng và va đập ở -40*C),độ mài mòn thấp.POM
thường được dùng làm các chi tiết kỹ thuật trong may đo kiểm,điện tử,cơ khí chính
xác
Khuôn nên gia nhiệt lên tới 60 – 130*C để tạo kết tinh và cấu trúc bề mặt
tốt.Độ co ngót gia công phụ thuộc vào nhiệt độ khuôn,lớn hơn 3% xuống đến
khỏang 1%.Nhiệt độ gia công không quá 220*C vì gây nguy hiểm do phân hủy tạo

khí formaldehyde
1.1.2.7.

Polyamide(PA)

PA, gia cường khoảng 50%,là chất dẻo kỹ thuật thường sử dụng nhất,áp
dụng trong các lĩnh vực chủ yếu yêu cầu độ bền va đập,kháng chấn động,hấp thu
tiếng ồn và rung động,bền ăn mòn và mòn: Đệm ma sát,con lăn,thanh dẫn chuyển
động trượt,chốt an toàn…PA còn được dùng trong công nghệ điện và điện tử như
vật liệu cách nhiệt có độ bền kéo và chịu nhiệt độ như thanh chuyển mạch,các phần
đúc kỹ thuật thuật kháng xăng dầu dưới mui xe hơi.Khuôn nên giữ nhiệt ở nhiệt độ
cao >10O*C cho độ kết tinh cao,không tập trung ứng suất, cấu trúc đồng nhất và độ
cứng bề mặt cao.Thường gia nhiệt khuôn ở 140 – 170*C

Học viên: Vũ Quang Lương

16

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

1.2.

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

MÁY ÉP PHUN
1.2.1.

Phân loại
+ Theo lực đóng khuôn : Loại 50, 90, 100, 360, 450, 550 …, 1250 tấn.

+ Theo loại pittông hay trục vít.
+ Theo loại trục vít.
+ Theo loại trục vít nằm ngang hay thẳng đứng.
1.2.2.

Cấu tạo

Hình 1.1 : Cấu tạo máy ép phun
Máy ép phun gồm các bộ phận chính sau:
- Hệ thống kẹp
- Khuôn
- Hệ thống phun
- Hệ thống thuỷ lực
- Hệ thống điều khiển
1.2.3.

Hệ thống kẹp

Hình 1.2: Hệ thống kẹp

Học viên: Vũ Quang Lương

17

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp

Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

Hệ thống kẹp có tác dụng mở và đóng khuôn đồng thời hỗ trợ việc dịch
chuyển phần tử khuôn và tạo ra lực đủ lớn để giữ khuôn trong quá trình điền đầy
khuôn đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.
Chuyển động của cụm thiết bị này là chuyển động tịnh tiến. Các dạng thường
gặp của cụm kẹp khuôn gồm:
+ Cụm kẹp cơ khí.
+ Cụm kẹp thuỷ lực.
+ Cụm kẹp cơ khí thuỷ lực.

Hình 1.3 : Hệ thống kẹp bằng thuỷ lực
1.2.4.

Khuôn

Hình 1.4 : Khuôn

Học viên: Vũ Quang Lương

18

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

Khuôn bao gồm 2 thành phần cơ bản là tấm cố định và tấm di động, ngoài ra
còn các thanh nối. Trong các tấm khuôn người ta bố trí hệ thống làm mát và đường
phân phối nhựa.
1.2.5.

Hệ thống phun

Hình 1.5 : Hệ thống phun
Hệ thống phun bao gồm 3 bộ phận chính là phễu cấp liệu, xi lanh nhiệt, trục
vít, đầu trục vít và đầu phun
- Phễu cấp liệu : Nhựa nhiệt dẻo được cấp vào dưới dạng những viên nhỏ.
Phễu cấp liệu có tác dụng chứa những hạt vật liệu này. Những hạt vật liệu nhỏ này
từ cửa của phễu cấp liệu đi vào trong xi lanh nhiệt.
- Xi lanh nhiệt : Xi lanh nhiệt gia nhiệt cho vật liệu làm cho vật liệu chảy
lỏng ra. Nó được nung nóng bởi các may xo nhiệt.
- Trục vít : Trục vít bao gồm 3 đoạn:

Học viên: Vũ Quang Lương

19

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

+ Đoạn nhập liệu: Ở gần phễu nhập liệu dùng để chuyển nguyên vật liệu về

phía trước, ở cuối vùng này, nguyên liệu mềm và bắt đầu chảy (50%L).
+ Vùng nén ép: Ở giữa vít, dùng để nén ép nguyên liệu lỏng (25%L).
+ Vùng định lượng: Trộn và tạo đồng nhất vật liệu trước khi phun vào khuôn
(25%L).
Tỷ lệ chiều dài trục vít / đường kính trục vít (L/D) từ 14:1 đến 24:1
- Đầu trục vít:

Hình 1.6 : Đầu trục vít

Cụm đầu trục vít có nhiệm vụ cho nhựa chảy về phía trước trục vít trong giai
đoạn nhựa hoá và ngăn không cho dòng nhựa chảy ngược lại trong giai đoạn bơm
nhựa. Làm cho nhựa phun vào khuôn được triệt để hơn.
Đầu phun: Là bộ phận gắn giữa đầu xy lanh và cuống phun của khuôn. Đầu
phun phải có hình dạng thích hợp với sự chảy nguyên liệu và gắn chặt với cuống
phun trong quá trình ép phun. Lỗ đầu phun nên nhỏ hơn lỗ cuống phun ở khuôn.
Đầu phun có thể thay đổi và có vòng nhiệt riêng.

Hình 1.7 : Một số đầu phun
1.2.6.

Hệ thống thủy lực

Hệ thống thuỷ lực trong máy phun ép nhựa cung cấp năng lượng để mở và
đóng khuôn, giữ tải trọng kẹp chặt, làm quay trục vít, và tạo lực cho chốt đẩy để

Học viên: Vũ Quang Lương

20

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp

Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

tách khuôn. Hệ thống thuỷ lực bao gồm bơm, van, động cơ thuỷ lực, hệ thống ống
dẫn và hệ thống chứa.
1.2.7.

Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển có tác dụng làm cho quá trình vận hành máy ổn định và
lặp đi lặp lại. Hệ thống hiển thị và điều khiển các thông số của quá trình ép phun
như : Nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, vị trí và tốc độ quay của trục vít, vị trí của hệ
thống thuỷ lực. Quá trình điều khiển ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuối cùng
của sản phẩm và tính kinh tế.

Hình 1.8 : Bảng điều khiển.
1.3.

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ÉP

Quá trình làm việc của máy ép phun gồm 3 công đoạn: công đoạn nhựa hoá
và chuyển hoá vật liệu sử dụng cho gia công ép phun sang trạng thái nóng chảy.

Học viên: Vũ Quang Lương

21

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp


Luận văn thạc sĩ

GVHD: TS.Hoàng Vĩnh Sinh

Công đoạn điền dây khuôn và điền đầy sản phẩm hay còn gọi là giai đoạn bơm
nhựa. Công đoạn lấy sản phẩm ra khỏi khuôn.

Hình 1.9 : Quá trình nhựa hoá

Hình 1.10 : Công đoạn bơm nhựa

Học viên: Vũ Quang Lương

22

Lớp: Máy và dụng cụ công nghiệp