Nghiên cứu thiết kế khuôn vi ép phun cho sản phẩm connector

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN QUANG PHƢỚC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KHUÔN VI ÉP PHUN CHO
SẢN PHẨM CONNECTOR

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí
Mã số

: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2016


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ĐHQG-HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS TS Thái Thị Thu Hà
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Phạm Sơn Minh
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Hồ Triết Hƣng
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS TS Trần Dỗn Sơn

2. PGS TS Đặng Văn Nghìn
3. PGS TS Phạm Huy Hoàng
4. TS Phạm Sơn Minh
5. TS Hồ Triết Hƣng
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN QUANG PHƢỚC

MSHV: 7140346

Ngày, tháng, năm sinh: 02-11-1987

Nơi sinh: ĐỒNG NAI

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã số : 60520103

I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ KHUÔN VI ÉP PHUN CHO SẢN PHẨM
CONNECTOR
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Tìm hiểu về công nghệ vi ép phun để so sánh đƣợc sự giống và khác nhau so
với công nghệ ép phun truyền thống, đƣa ra đƣợc khái niệm về vi ép phun.

-

Mô phỏng các q trình cơ bản để đƣa ra thơng số thiết kế

-

Tìm hiểu,phân tích, thiết kế khn vi ép phun

-

Mô phỏng và thực nghiệm sự ảnh hƣởng của các thơng số đến độ chính xác
và ngoại quan của sản phẩm.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/07/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2016
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : PGS TS THÁI THỊ THU HÀ
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2016
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, cùng lời cảm ơn chân thành nhất em xin gửi đến
tất cả q thầy cơ khoa Cơ Khí- Trƣờng Đại Học Bách Khoa Tp.HCM đã cùng với
tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em
trong suốt thời gian học tập tại trƣờng.
Em xin chân thành cảm ơn cô PGS.TS Thái Thị Thu Hà, giảng viên bộ mơn
Chế Tạo Máy, khoa Cơ Khí, cô đã tận tâm hƣớng dẫn , chỉ bảo, nhiệt tình giúp đỡ,
tạo điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn. Một lần nữa, em xin chân
thành cảm ơn cô.
Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Thầy Đặng Văn Nghìn đã định hƣớng, hỗ
trợ giúp đỡ em rất nhiều trong giai đoạn tiếp cận công nghệ mới và là nền tảng để
nghiên cứu và hoàn thiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ, tài trợ rất nhiệt tình của q cơng ty
Yuwa Việt Nam trong việc tiếp cận thực tế và thực nghiệm.
Tơi trân trọng cảm ơn,
-

Ơng SHINICHI IITAKA , Giám đốc cơng ty Yuwa Việt Nam

-

Anh TRẦN LÊ THƠNG , Trƣởng bộ phận thiết kế cơng ty Yuwa Việt
Nam

-

Anh PHAN ĐÌNH HÙNG , Trƣởng bộ phận khuôn mẫu công ty Yuwa
Việt Nam

-

Anh HUỲNH HỒNG CHÂU , Trƣởng bộ phận thành hình công ty
Yuwa Việt Nam

-

Cô NGUYỄN NHƢ KHUYÊN , Trƣởng bộ phận tổng vụ công ty
Yuwa Việt Nam

Và tất cả các anh chị em trong cơng ty đã nhiệt tình hƣớng dẫn hỗ trợ tơi
trong suốt q trình học tập nghiên cứu tại quý công ty.
Trân trọng.
Học viên
Trần Quang Phƣớc


TĨM TĂT LUẬN VĂN

Cơng nghệ vi ép phun là một công nghệ mới ở Việt Nam đang ngày một trở
thành nhu cầu cấp bách của các doanh nghiệp để hội nhập công nghệ với thế giới.
Rất nhiều nghiên cứu về lĩnh vực khuôn ép nhựa, nghiên cứu về các thông số cơng

nghệ trong q trình ép phun nhƣng hầu nhƣ là cho các khuôn sản phẩm lớn. Nội
dung luận văn này tập trung chủ yếu vào các sản phẩm nhỏ và tiến đến một trong
các yếu tố để đạt đƣợc khái niệm về sản phẩm micro. Nội dung chính của nghiên
cứu tập trung vào tìm hiểu cấu tạo của khn ép phun sản phẩm nhỏ, mơ phỏng các
q trình và tiến đến thực nghiệm thực tế.

ABSTRACT
Micro-injection molding is a new technology in Vietnam is becoming
increasingly urgent needs of businesses to integrate the technology with the world.
A lot of research in the field of plastic injection molds, research on the
technological parameters of injection molding process but mostly for large products.
The content of this thesis focuses primarily on small products and advance to one of
the condition of micro products. The main of the research focuses on understanding
the structure of the injection molding for small products, simulate processes and
advance to the empirical reality.

1


LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
Tôi xin cam đoan các nghiên cứu thiết kế và thực nghiệm là do tôi thực hiện.
Nếu có bất cứ sự sao chép bất hợp pháp nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.

2


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................6
DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................10
CHƢƠNG 1.

TỒNG QUAN CÔNG NGHỆ VI ÉP KHUÔN..........................11

1.1

Tầm quan trọng của đề tài ...........................................................................11

1.2

Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu ..................................................12

1.2.1

Lịch sử phát triển ngành nhựa. .............................................................12

1.2.2

Tình hình ngành nhựa trên thế giới ......................................................13

1.2.3

Tình hình ngành cơng nghiệp nhựa Việt Nam trong những năm gần đây
...............................................................................................................14

1.2.4

Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ ép phun micro ...........15

1.2.5

Tổng quan tình hình nghiên cứu. ..........................................................16

1.3

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ................................................................19

1.3.1

Mục tiêu ................................................................................................19

1.3.2

Nội dung nghiên cứu.............................................................................20

1.3.3

Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................20

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT, CÁC KHÁI NIỆM, Q TRÌNH
TRONG CƠNG NGHỆ VI ÉP PHUN ..................................................................21
2.1 Các khái niệm ..................................................................................................21
2.1.1

Tìm hiểu về cơng nghệ ép phun truyền thống ......................................21

2.1.2

Khái niệm về sản phẩm micro ..............................................................24

2.1.3

So sánh giữ ép phun truyền thống và vi ép phun. .................................26

2.1.4

Tìm hiểu về công nghệ vi ép phun ........................................................27

2.2

Cơ sở lý thuyết .............................................................................................31

2.2.1

Các phƣơng trình cơ bản dùng trong mơ phỏng điền đầy. ...................31

3


2.2.2

Đặc tính vật liệu : ..................................................................................37

2.2.3

Sự truyền nhiệt trong khn micro : .....................................................39

CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ KHUÔN CHO SẢN PHẨM MICRO CLOCK
CONNECTOR. ........................................................................................................41
3.1

Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm ...................................................................41

3.1.1

Yêu cầu kỹ thuật về kích thƣớc sản phẩm ............................................41

3.1.2

Chọn vật liệu cho bộ connector ...........................................................42

3.1.3

Hóa tính của nhựa LCP .........................................................................44

3.2

Các yêu cầu về kết cấu trong thiết kế khuôn vi ép phun .............................46

3.2.1

Tính tốn kích thƣớc trƣớc khi sản phẩm bị co rút ...............................46

3.2.2

Đánh giá ngoại quan của sản phẩm để chọn kết cấu khn. ................46

3.2.3

Tính tốn thiết kế kênh dẫn: .................................................................52

3.2.4

Tính tốn khoảng cách trƣợt .................................................................54

3.2.5

Tính tốn gia nhiệt cho khn ..............................................................56

3.2.6

Tính tốn lực kẹp khn : .....................................................................59

3.2.7

Định vị dẫn hƣớng nhiều giai đoạn : ....................................................60

3.3

Thiết kế sản phẩm hồn thiện ......................................................................62

3.4

Một số hình ảnh thực tế ...............................................................................64

3.4.1

Gia cơng chi tiết ....................................................................................64

3.4.2

Một số chi tiết sau khi gia công ............................................................68

3.4.3

Kiểm tra chi tiết sau khi gia công .........................................................73

3.4.4

Lắp ghép hồn chỉnh .............................................................................74

CHƢƠNG 4. MƠ PHỎNG CÁC Q TRÌNH BẰNG MOLFLOW VÀ
THỰC NGHIỆM .....................................................................................................78
4.1

Sơ lƣợt về phần mềm mô phỏng. .................................................................78

4


4.2

Moldflow Plastic Insight ( MPI) ..................................................................79

4.3

Các bƣớc phân tích trong q trình mơ phỏng. ...........................................79

4.4

Kết quả mơ phỏng........................................................................................84

4.5

Ép thực nghiệm ............................................................................................88

4.5.1

Thơng số và kết quả thực nghiệm .........................................................91

4.5.2

Kiểm tra kích thƣớc và khối lƣợng sản phẩm sau khi ép .....................94

CHƢƠNG 5.

KẾT LUẬN .................................................................................104

5.1

Các kết quả đạt đƣợc .................................................................................104

5.2

Đánh giá kết quả đạt đƣợc : .......................................................................104

5.3

Đề xuất :.....................................................................................................105

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................106

5


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Tiêu thụ sản phẩm nhựa bình quân theo đầu ngƣời tại Việt Nam (đơn vị:
kg/ngƣời) (Nguồn: Bộ Cơng Thƣơng ) .....................................................................14
Hình 1. 2 Sản lƣợng nhựa Việt Nam giai đoạn 2000-2010 (đơn vị: nghìn tấn)
(Nguồn: Hiệp hội nhựa Việt Nam)............................................................................15

Hình 2. 1 Sơ đồ các bƣớc của quy trình ép phun truyền thống .................................21
Hình 2. 2 Bạc lót trong micro pump .........................................................................25
Hình 2. 3 Cover camera Iphone ................................................................................25
Hình 2. 4 Bánh răng nhựa .........................................................................................25
Hình 2. 5 Hình chiếu sản phẩm sau khi ép có cả cuốn phun ....................................34

Hình 3. 1 Bảng vẽ kỹ thuật của đầu nối cái ..............................................................41
Hình 3. 2 Bảng vẽ kỹ thuật của đầ u nối đực ............................................................42
Hình 3. 3 Mối liên hệ giữa TDUL và nhiệt độ liên tục. ............................................43
Hình 3. 4 Chiều dài dịng chảy với nhiệt độ khn tính trên bề dày sản phẩm 1mm
...................................................................................................................................43
Hình 3. 5 Mối quan hệ giữa tính nhớt và nhiệt độ ....................................................44
Hình 3. 6 Cấu trúc hóa học của nhựa LCP ...............................................................44
Hình 3. 7 Cấu trúc 3 chiều của nhựa LCP.................................................................45
Hình 3. 8 Sự co rút của nhựa LCP theo 2 phƣơng ....................................................45
Hình 3. 9 Sản phẩm sau khi nhân hệ số co rút bằng phần mềm solidwork ..............46
Hình 3. 10 Xác định các vị trí cản trở việc lấy sản phẩm ra khỏi khn ..................47
Hình 3. 11 Chọn mặt phân khn .............................................................................47
Hình 3. 12 Vị trí miệng phun và thời gian điền đầy vật liệu ....................................48
Hình 3. 13 Xác định các vị trí thốt khí cho khn ..................................................48

6


Hình 3. 14 Chia chi tiết cho lõi khn di động .........................................................49
Hình 3. 15 Chia chi tiết cho lõi khn cố định .........................................................50
Hình 3. 16 Chia chi tiết cho bộ trƣợt........................................................................50
Hình 3. 17 Phƣơng pháp tăng cứng vững cho kết cấu chi tiết ..................................51
Hình 3. 18 Góc thốt chi tiết. ....................................................................................52
Hình 3. 19 Tiết diện kênh dẫn ...................................................................................53
Hình 3. 20 Kênh dẫn nhựa ........................................................................................54
Hình 3. 21 Bệ trƣợt....................................................................................................55
Hình 3. 22 Các thơng số của cam chốt xiên ..............................................................55
Hình 3. 23 Kích thƣớc bao của khn ......................................................................56
Hình 3. 24 Nhiệt trở trụ .............................................................................................59
Hình 3. 25 Cơ cấu dẫn hƣớng ...................................................................................60
Hình 3. 26 Dẫn hƣớng lõi..........................................................................................61
Hình 3. 27 Gá cụm chốt đẩy......................................................................................61
Hình 3. 28 Bộ lõi khn đực .....................................................................................62
Hình 3. 29 Bộ lõi khn cái ......................................................................................62
Hình 3. 30 Bộ lõi khn hồn thiện ..........................................................................63
Hình 3. 31 Khn thiết kế hồn chỉnh. .....................................................................63
Hình 3. 32 Điện cực để gia cơng chi tiết ...................................................................64
Hình 3. 33 Gia cơng chi tiết ......................................................................................64
Hình 3. 34 Giao diện máy lúc gia cơng .....................................................................65
Hình 3. 35 Đột lỗ chi tiết ...........................................................................................65
Hình 3. 36 Gia cơng cắt dây với đồ gá chuyên dùng ................................................66
Hình 3. 37 Mũi phay đƣờng kính 0.1 mm và gia cơng phay ....................................67
Hình 3. 38 Mài chi tiết và các rãnh thốt khí ............................................................67
7

Hình 3. 39 Đánh bóng chi tiết với bột mài ................................................................68
Hình 3. 40 Hình chi tiết A1 .......................................................................................69
Hình 3. 41 Hình chi tiết A2 .......................................................................................69
Hình 3. 42 Hình chi tiết A3 .......................................................................................69
Hình 3. 43 Hình chi tiết A4 .......................................................................................70
Hình 3. 44 Hình chi tiết A5 .......................................................................................70
Hình 3. 45 Hình chi tiết A6 .......................................................................................71
Hình 3. 46 Hình chi tiết A7 .......................................................................................71
Hình 3. 47 Hình chi tiết A8 .......................................................................................72
Hình 3. 48 Hình chi tiết A9 .......................................................................................72
Hình 3. 49 Hình chi tiết A10 .....................................................................................73
Hình 3. 50 Kiểm tra chi tiết sau khi gia cơng ...........................................................73
Hình 3. 51 Đo cao độ các rãnh, bậc trong chi tiết .....................................................74
Hình 3. 52 Lắp ghép các chi tiết của lõi khn.........................................................74
Hình 3. 53 Lõi khn đầu nối cái ..............................................................................75
Hình 3. 54 Tấm di động và tấm cố đ ịnh của bộ khn ............................................75
Hình 3. 55 Lõi khn sau khi lắp vào tấm đế ...........................................................76
Hình 3. 56 Tấm khuốn di động của đầu nối cái ........................................................76
Hình 3. 57 Bề mặt miệng phun của khn ...............................................................77
Hình 3. 58 Hình sản phẩm sau khi ép .......................................................................77

Hình 4. 1 Đƣa mơ hình 3D vào Moldflow ................................................................80
Hình 4. 2 Chia lƣới cho sản phầm .............................................................................80
Hình 4. 3 Chọn vật liệu trên phần mềm ....................................................................81
Hình 4. 4 Vị trí miệng phun ......................................................................................82
8

Hình 4. 5 Thơng số ép thành hình .............................................................................83
Hình 4. 6 Kết quả mô phỏng về thời gian điền đầy .................................................84
Hình 4. 7 Kiểm tra dịng chảy nhựa ..........................................................................84
Hình 4. 8 Kiểm tra khả năng điền đầy ......................................................................85
Hình 4. 9 Áp suất phun điền đầy chi tiết ...................................................................85
Hình 4. 10 Nhiệt độ trung bình khi ép sản phẩm ......................................................86
Hình 4. 11 Vị trí các khí dƣ trong sản phẩm .............................................................86
Hình 4. 12 Vị trí đƣờng hàn ......................................................................................87
Hình 4. 13 Các phần đơng cứng sau khi điền đầy .....................................................87
Hình 4. 14 Máy ép nhựa Sodick TR05EH ................................................................89
Hình 4. 15 Khn đã đƣợc canh chỉnh lên máy ........................................................89
Hình 4. 16 Giao diện chỉnh máy ...............................................................................90
Hình 4. 17 Kiểm tra nhiệt độ khn ..........................................................................90
Hình 4. 18 Mơ phỏng sự điền đầy liệu và ép thực nghiệm 1 ....................................91
Hình 4. 19 Mơ phỏng sự điền đầy liệu và ép thực nghiệm 2 ....................................92
Hình 4. 20 Mô phỏng sự điền đầy liệu và ép thực nghiệm 3 ....................................92
Hình 4. 21 Ép thực nghiệm 4 ....................................................................................93
Hình 4. 22 Mô phỏng đƣờng hàn và ép thực nghiệm ...............................................93
Hình 4. 23 Đánh số dữ liệu đo đầu nối cái ................................................................94
Hình 4. 24 Máy đo hiển vi Nikon Micro scope STM7-CB ......................................94
Hình 4. 25 Đánh số dữ liệu đo đầu nối đực ..............................................................96
Hình 4. 26 Khối lƣợng của sản phẩm đạt tiêu chí của sản phẩm kích thƣớc micro103

9


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Một số vật liệu phổ biến sử dụng cho công nghệ ép phun micro .............26
Bảng 2. 2 Đặc kỹ thuật của các loại nhựa thơng dụng tính .......................................28

Bảng 4. 1 Thơng số máy ép TR05EH Sodick ...........................................................82
Bảng 4. 2 Các thông số kỹ thuật của máy ép nhựa thực nghiệm Sodick TR05EH ..88
Bảng 4. 3 Thông số mô phỏng và thực nghiệm 1 .....................................................91
Bảng 4. 4 Thông số mô phỏng và thực nghiệm 2 .....................................................91
Bảng 4. 5 Thông số mô phỏng và thực nghiệm 3 .....................................................92
Bảng 4. 6 Thông số mô phỏng và thực nghiệm 4 .....................................................92
Bảng 4. 7 Thông số dữ liệu đo của sản phẩm đầu nối cái .........................................95
Bảng 4. 8 Thông số dữ liệu đo của sản phẩm đầu nối đực .......................................96
Bảng 4. 9 Số liệu đo kích thƣớc micro pin của 30 mẫu. ...........................................97
Bảng 4. 10 Số liệu đo kích thƣớc micro clock của 30 mẫu. .....................................99

10


CHƢƠNG 1.

TỒNG QUAN CÔNG NGHỆ VI ÉP KHUÔN

1.1 Tầm quan trọng của đề tài
Nhu cầu cuộc sống ngày càng nâng cao, khi chất lƣợng cuộc sống đƣợc đảm
bảo thì nhu cầu hình thức đƣợc chú trọng. Cùng với sự phát triển khoa học công
nghệ càng hiện đại. Sự phát triển về dân số và tập trung dân số, quỹ không gian lại
là một vấn đề cấp bách thách thức các nhà khoa học, các nhà kỹ thuật khơng ngừng
tìm tịi, phát minh các công nghệ hiện đại để thu nhỏ kích thƣớc, tiết kiệm diện tích.
Trong bối cảnh các nguồn tài nguyên càng khang hiếm, và cạn kiệt. Việc
nghiên cứu tìm kiếm vật liệu thay thế là nhu cầu rất lớn và có tầm quan trọng to lớn
trong việc đảm bảo nhu cầu cuộc sống và bảo vệ môi trƣờng. Cùng với sự phát triển
các vật liệu mới thì vật liệu nhựa và nhựa tái chế đƣợc quan tâm và giải quyết rất
lớn trong nền công nghiệp dân dụng và công nghiệp phụ trợ.
Khoa học y học ngày càng phát triển, các cơng nghệ phát minh mới cũng góp

phần khơng nhỏ trong việc cải thiện, đảm bảo cuộc sống con ngƣời nhƣ các robot
micro phá vỡ các cục máu đông giúp thông các mạch máu với vật liệu làm bằng
nhựa y sinh.
Với các phƣơng pháp gia cơng đạt độ chính xác cao địi hỏi một chi phí đầu
tƣ lớn về thiết bị, bảo dƣỡng và vận hành. Mà không đạt đƣợc nhu cầu về năng suất
vì lƣợng gia cơng phải rất bé. Cơng nghệ ép phun nhựa nóng chảy là một sự giải
quyết rất lớn và đáp ứng các yêu cầu trên.Tuy nhiên để đạt đƣợc kích thƣớc nhỏ và
độ chính xác cao thì cơng nghệ vi ép phun ra đời.
Công nghệ vi ép phun là một trong những công nghệ mới hiện nay đƣợc
nhiều nƣớc trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng. Bởi tính cơng nghệ và kích thƣớc
rất nhỏ và ứng dụng của sản phẩm vào nhiều lĩnh vực quan trọng y tế, viễn thơng,
điện tử góp phần cải thiện cuộc sống con ngƣời.
Đối với nƣớc ta hiện nay, vi ép phun là một công nghệ đang phát triển và
chƣa có nhiều cơng trình nghiên cứu cũng nhƣ những doanh nghiệp đầu tƣ hoạt

11


động trong lĩnh vực này. Và sản phẩm nhựa đƣợc tạo ra hiện nay chiếm đa số là
nhựa dân dụng, trong khi đó nhu cầu về sản phẩm nhựa kỹ thuật ứng dụng trong
công nghệ micro rất lớn.
Nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun trong công nghệ vi ép phun quyết định phần
lớn chất lƣợng sản phẩm và năng suất của hệ thống. Các thông số công nghệ đạt
đƣợc từ nghiên cứu sẽ giải quyết vấn đề về năng suất và chất lƣợng góp phần giảm
giá thành sản phẩm và tiết kiệm năng lƣợng đem lại lợi ích to lớn cho xã hội.
1.2 Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu
1.2.1 Lịch sử phát triển ngành nhựa.
Nhựa mà chúng ta dùng ngày nay có nguồn gốc từ cuối thế kỷ 19 khi mà các
nhà khoa học châu âu và Mỹ đã nghiên cứu bằng cách trộn nhiều loại cao su và chất
phụ gia với nhau.

Vật liệu nhựa nhân tạo đầu tiên đƣợc phát minh vào năm 1861 bởi Alexander
Parkes và đƣợc cơng bố chính thức với tồn thể thế giới vào năm 1862 tại một triển
lãm quốc tế ở London, gọi tên là nhựa Parkesine. Một loại nhựa hữu cơ tổng hợp từ
cellulose (phiên âm tiếng việt và viết xenlulo, xenlulozơ, xenluloza hoặc xenlulô).
Đặc điểm loại nhựa này là có thể gia nhiệt, tạo hình và giữ ngun hình dạng khi
nguội. Tuy nhiên chi phí sản xuất tốn kém, khó chế tạo và dễ cháy.
Năm 1868, nhà phát minh ngƣời Mỹ John Wesley Hyatt phát triển một vật
liệu nhựa có tên là Celluloid đƣợc tổng hợp từ cellulose và alcoholized camphor
đƣợc cải tiến trên sự phát minh của Parkes. Giải quyết vấn đề vật liệu làm quả
billard (bida) bằng ngà voi, có thể làm cho voi tuyệt chủng, nhựa Celluloid ra đời là
một sự thay thế tuyệt vời lúc đó.
Cùng với ngƣời anh trai Isaiah của mình, Hyatt đã chế tạo ra máy ép phun
đầu tiên và đƣợc cấp bằng sáng chế năm 1872. Chiếc máy này tƣơng đối đơn giản
so với các máy ép phun đang sử dụng ngày nay. Máy làm việc tựa nhƣ một ống
kiêm tiêm, bằng cách sử dụng một piston để ép nhựa xuyên qua xi lanh đƣợc làm
nóng và đi vào lịng khn. Ngành công nghiệp nhựa phát triển chậm chạm trong
những năm này vì sự hạn chế cơng nghệ.

12


Ngành cơng nghiệp nhanh chóng phát triển và mở rộng trong những năm
1940 vì chiến tranh thế giới thứ II đã tạo ra một nhu cầu rất lớn cần sản phẩm tốn ít
chi phí, sản xuất hàng loạt. Năm 1946, nhà phát minh Mỹ James Watson Hendry
phát triển máy ép trục vít đầu tiên, cho phép kiểm sốt chính xác hơn nhiều tốc độ
ép và chất lƣợng sản phẩm. Máy này cho phép trộn vật liệu trƣớc khi phun để pha
màu nhựa hoặc trộn đều nhựa tái chế với nguyên liệu nhựa chƣa dùng trƣớc khi
phun. Máy ép trục vít vẫn đƣợc giữ và phát triển cho đến ngày này.
Cùng với sự phát triển khoa học công nghệ hiện đại, tạo ra các sản phẩm
cùng chức năng nhƣng giảm kích thƣớc, giảm khối lƣợng, giảm giá thành, tiết kiệm

năng lƣợng là một thách thức của các nhà khoa học kỹ thuật đồng thời mở ra một
giai đoạn phát triển công nghệ micro và nano phát triển. Ngành công nghiệp nhựa,
nền cơng nghiệp phụ trợ cũng đƣợc phát triển.
1.2.2

Tình hình ngành nhựa trên thế giới
Trên thế giới, ngành công nghiệp nhựa dù cịn non trẻ so với các ngành cơng

nghiệp lâu đời khác nhƣ: cơ khí, điện - điện tử, hóa chất, dệt may… nhƣng là một
trong những ngành có tốc độ tăng trƣởng ổn định của thế giới, trung bình 9% trong
vòng 50 năm qua. Mặc dù cuộc khủng hoảng kinh tế 2008 tác động lớn tới nhiều
ngành công nghiệp, ngành nhựa vẫn tăng trƣởng 3% trong năm 2009 và 2010. Tăng
trƣởng của ngành nhựa Trung Quốc và Ấn Độ đạt hơn 10% và các nƣớc Đông Nam
Á với gần 20% năm 2010.
Sự phát triển liên tục và bền vững của ngành nhựa là do nhu cầu thế giới
đang trong giai đoạn tăng cao. Sản lƣợng nhựa tiêu thụ trên thế giới ƣớc tính đạt
500 triệu tấn năm 2010 với tăng trƣởng trung bình 5%/năm (theo BASF). Nhu cầu
nhựa bình quân trung bình của thế giới năm 2010 ở mức 40 kg/năm, cao nhất là khu
vực Bắc Mỹ và Tây Âu với hơn 100 kg/năm. Dù khó khăn, nhu cầu nhựa không
giảm tại 2 thị trƣờng này trong năm 2009 – 2010 và thậm chí tăng mạnh nhất ở khu
vực châu Á – khoảng 12-15%.

13


1.2.3

Tình hình ngành cơng nghiệp nhựa Việt Nam trong những năm gần đây
Kể từ năm 2000 trở lại đây, ngành cơng nghiệp sản xuất nhựa của Việt Nam

đã duy trì tốc độ tăng trƣởng cao nhờ tiêu dùng trong nƣớc và xuất khẩu khẩu tăng
mạnh. Tiêu thụ nhựa bình quân theo đầu ngƣời tại Việt Nam năm 1975 chỉ ở mức
1kg/năm và khơng có dấu hiệu tăng trƣởng cho đến năm 1990. Tuy nhiên, kể từ
năm 2000 trở đi, tiêu thụ bình quân đầu ngƣời đã tăng trƣởng đều đặn và đạt ở mức
12kg/năm và bắt đầu tăng vọt vào năm 2008 là 34kg/ngƣời. Đến năm 2010 sức tiêu
thụ bình quân đầu ngƣời khoảng 40kg/năm.

Hình 1. 1 Tiêu thụ sản phẩm nhựa bình quân theo đầu người tại Việt Nam (đơn vị:
kg/người) (Nguồn: Bộ Công Thương )
Trong 10 năm trở lại đây, sản lƣợng nhựa của Việt Nam đã tăng trƣởng
nhanh và đều đặn với tốc độ trung bình là 15%/năm. Bất chấp suy thối kinh tế tồn
cầu và biến động giá vật liệu nhựa trong năm 2008, sản lƣợng nhựa Việt Nam vẫn
đạt 2,3 triệu tấn, tăng 22% so với năm 2007. Dự kiến tổng sản lƣợng của cả nƣớc sẽ
tiếp tục tăng trong nhiều năm tới.

14


Hình 1. 2 Sản lượng nhựa Việt Nam giai đoạn 2000-2010 (đơn vị: nghìn tấn)
(Nguồn: Hiệp hội nhựa Việt Nam)
Trong tổng sản lƣợng nhựa hàng năm, sản phẩm nhựa bao bì chiếm khoảng
36% trong khi nhựa vật liệu xây dựng, đồ gia dụng và các loại dành cho các ngành
công nghiệp khác nhƣ điện tử, điện, giao thông vận tải lần lƣợt chiếm khoảng 16%,
36% và 12% tƣơng ứng.
Sự phát triển cơng nghệ càng cao, nhu cầu về kích thƣớc và khối lƣợng là một
thách thức lớn của các nhà khoa học kỹ thuật. Các sản phẩm có kích thƣớc nhỏ ra
đời, và phát triển đến công nghệ micro, nano. Cũng là một thách thức lớn đối với
nền công nghiệp nhựa.
1.2.4

Lịch sử hình thành và phát triển của cơng nghệ ép phun micro
Khi vật liệu nhựa ra đời, sản phẩm nhựa nhanh chóng đƣợc ứng dụng rộng rãi

trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Và công nghệ để gia công nhựa cũng lần lƣợc ra
đời nhanh chóng. Trong đó phải kể đến là công nghệ ép phun, sản phẩm của công
nghệ này chiếm 32% lƣợng sản phẩm nhựa tiêu thụ trên thị trƣờng. Tiếp theo là
công nghệ ép đùn với lƣợng sản phẩm chiếm 31% sản phẩm nhựa tiêu thụ trên thị
trƣờng. Tuy nhiên sản phẩm nhựa chủ yếu là nhựa gia dụng, và theo xu thế phát
triển thì nghành gia công nhựa đã phát triển để cho ra đời sản phẩm nhựa kỹ thuật
để đáp ứng nhu cầu ứng dụng trong nghành chế tạo. Và ngày nay công nghệ gia
công nhựa đã đạt đƣợc sản phẩm có kích thƣớc rất nhỏ và chính xác, và hầu hết sản

15


phẩm nhựa có kích thƣớc nhỏ và chính xác đều đƣợc tạo ra bằng công nghệ vi ép
phun.
Công nghệ vi ép phun đƣợc ra đời là sự tiếp nối phát triển của công nghệ ép
phun truyền thống. Một khi, sự gia tăng dân số thế giới kéo theo gia tăng nhu cầu
về tiêu dùng, sử dụng nguồn tài nguyên và năng lƣợng. Trong khi đó nguồn tài
nguyên và năng lƣợng ngày càng cạng kiệt. Và con ngƣời đang làm mọi cách để
bảo tồn và sử dụng tiết kiệm nguồn tài nguyên và năng lƣợng bằng cách nghiên cứu,
chế tạo ra những sản phẩm ít sử dụng nguyên liệu nhất, ít tiêu thụ năng lƣợng
nhất…. Do đó sản phẩm có kích thƣớc micro đã ra đời nhằm đáp ứng yêu cầu trên.
Để đáp ứng điều đó thì cơng nghệ vi ép phun nhanh chóng đƣợc ra đời vào
những năm 1980s, và đƣợc chia làm ba giai đoạn phát triển:
 Giai đoạn thứ nhất từ 1985 tới năm 1995. Giai đoạn này vẫn sử dụng
máy ép phun truyền thống. Nhƣng chỉ dùng máy có kích thƣớc và cơng
suất nhỏ, hệ thống kẹp bằng thủy lực và có lực kẹp tối đa tới 25 tấn.
Kết hợp với sử dụng khuôn thiết kế cho các chi tiết có kích thƣớc nhỏ.

 Giai đoạn thứ hai từ 1995 tới năm 2000. Giai đoạn này là giai đoạn hợp
tác giữa các cơng ty cơ khí và viện nghiện cứu. Trong giai đoạn này thì
máy ép phun micro sử dụng để chế tạo các chi tiết nhỏ thật sự ra đời,
các chi tiết đƣợc gia cơng có thể đạt kích thƣớc nhỏ tới 20µm.
 Giai đoạn thứ ba từ 2000 tới năm nay, các công ty phát triển mạnh về
máy ép phun micro để chế tạo những chi tiết đặt biệt nhỏ, khối lƣợng
của chi tiết gia cơng có thể đạt chỉ có 25mg, bề dày thành có thể đạt
dƣới 10µm.
1.2.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu.
1.2.5.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước
 Tham khảo về pattern :
Pattern 00240001.

16


Hình 1.3 Pattern 00240001 về máy vi ép phun
Nghiên cứu về máy vi ép phun và khuôn vi ép phun khá đa dạng,
-

Về khn ép: Nhóm nghiên cứu Shia-Chung Chen, 2006 đã nghiên cứu
gia nhiệt nhanh bề mặt khuôn bằng cuộn điện từ tăng nhiệt độ 60 0C lên
140 0C trong vòng 3,5 giây, và giảm nhiệt xuống 60 0C trong vịng 110
giây. Tuy nhiên nhóm nghiên cứu Zhang Pei Qi nghiên cứu ảnh hƣởng
hình học và gia nhiệt bằng hồng ngoại thời gian gia nhiệt là 20 giây để
đạt 110 0C nhƣng thời gian giảm nhiệt là 15 giây để hạ còn 80 0C.

-

Về cấu trúc điền đầy trong khn: nhóm nghiên cứu Huang-Ya Lin

đã nghiên cứu mơ phỏng phân tích kêt cấu, cấu trúc các thơng số của
kênh dẫn để vật liệu nhựa điền đầy lịng khn. Song song với việc
nghiên cứu cấu trúc kênh dẫn thì nhóm Zhang Pei Qi đã ứng dụng chân
không tại các hốc của khn để có thể cải tạo đƣợc bề mặt và giúp nhựa
điền đầy khuôn. Luận văn của Manjesh Dubey – Đại học Clemsion cũng
đã mơ phỏng các q trình để xác định ảnh hƣởng của cấu trúc hình học
khn, áp suất phun, vận tốc phun, nhiệt độ khuôn, nhiệt độ giải nhiệt.

-

Về hệ thống điều khiển: chủ yếu là điều khiển nhiệt độ máy và nhiệt độ
khn. Nhóm nghiên cứu Kensuke Tsuchiya, Nhật Bản đã ứng dụng
MT (Mahalanobis-Taguchi) system để kiểm sốt hoạt động của máy và
tính ổn định và chất lƣợng sản phẩm bằng các presise force sensor để

17


hồi tiếp chuyển động của các phần tử máy trong suốt quá trình. Kết quả
đạt đƣợc là tăng chất lƣợng sản phẩm và giảm chi phí giám sát.
-

Về mơ phỏng : Huang Ya Lin, Đại học Cheng Kung, Đài Loan, dùng
phƣơng pháp Liga-Like để tính tốn và mơ phỏng kết cấu của insert
trong khn. Sau đó phân tích và mơ phỏng sự ảnh hƣởng của các thơng
số đến q trình điền đầy nhựa trong các kênh dẫn nano của khuôn
micro. Kết quả đạt đƣợc đƣa ra các thông số công nghệ cho các dạng
sản phẩm khác nhau.

-

Nhóm nghiên cứu Y.K shen và W.Y.Wu , Đài Loan đã dùng phân tích
phần tử hữu hạn để tối ƣu hố kích thƣớc khn và thơng số q trình,
kết quả họ đạt đƣợc là nhiệt độ khn giữ vai trị quan trọng hơn sự
truyền nhiệt của vật liệu.

 Các máy đƣợc thƣơng mại hoá trên thị trƣờng
+ Babyplast UAI I/10P của Tây Ban Nha

Hình 1.4 Máy vi ép phun thương mại Babyplast UAI/10P

18


+ Battenfeld Micro system50

Hình 1.4 Máy vi ép phun thương mại Battenfeld Micro system50
1.2.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Cơng nghệ vi ép phun là một công nghệ đang phát triển ở Việt Nam, có rất
nhiều cơng trình nghiên cứu về công nghệ ép phun, khảo sát các chế độ, thông số
công nghệ để đạt chất lƣợng của sản phẩm, ứng dụng tự động hóa vào cơng nghệ,
kênh dẫn nóng. Tuy nhiên các đề tài, các cơng trình nghiên cứu khoa học về cơng
nghệ vi ép phun cịn rất ít.
1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
1.3.1 Mục tiêu
Mục tiêu của luận văn là tìm hiểu về cơng nghệ vi ép phun để nắm bắt đƣợc
công nghệ và hiểu đƣợc các q trình trong cơng nghệ.
Tiếp cận, tìm hiểu và nghiên cứu thiết kế khuôn vi ép phun cho sản phẩm điển
hình.
Mơ phỏng một số q trình quan trọng trong công nghệ vi ép phun.

19


Mục tiêu dự kiến là gia công khuôn vi ép phun và kiểm nghiệm thực tế với kết
quả mô phỏng từ phần mềm.
1.3.2 Nội dung nghiên cứu
-

Tìm hiểu về cơng nghệ vi ép phun để so sánh đƣợc sự giống và khác nhau so
với công nghệ ép phun truyền thống, đƣa ra đƣợc khái niệm về vi ép phun.

-

Mô phỏng các q trình cơ bản để đƣa ra thơng số thiết kế

-

Tìm hiểu, phân tích, thiết kế khn vi ép phun

-

Mô phỏng thực nghiệm ảnh hƣởng của thông số đến độ chính xác và ngoại
quan của sản phẩm.

-

Nghiên cứu thực nghiệm ( dự kiến)

-

Kết luận.

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu
-

Phƣơng pháp nghiên cứu tổng quan: thu thập dữ liệu từ sách, truyền thơng,
tạp chí khoa học.

-

Nghiên cứu lý thuyết

-

Nghiên cứu thực nghiệm

-

Sử dụng phần mềm Moldflow để mô phỏng.

20


CHƢƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT, CÁC KHÁI NIỆM, QUÁ

TRÌNH TRONG CƠNG NGHỆ VI ÉP PHUN
2.1 Các khái niệm

2.1.1 Tìm hiểu về cơng nghệ ép phun truyền thống
Quy trình ép phun truyền thống

Hình 2. 1 Sơ đồ các bước của quy trình ép phun truyền thống
1. Sấy nguyên vật liệu.
Một số nhựa ngun liệu hút ẩm trong khơng khí trong q trình lƣu trữ và
vận chuyển. Khi nhựa bị nung chảy, nƣớc trong nhựa sẽ hóa hơi và gây ảnh hƣởng
tới chất lƣợng sản phẩm. Thƣờng thì ngƣời ta sử dụng khí nóng để sấy ngun liệu,
tuy nhiên với một số sản phẩm nhựa polycarbonate thì cần phải sử dụng khí
Nitrogen.
21