Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số công nghệ ép phun đến chất lượng sản phẩm nhựa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-----*------

BÙI TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ
CÔNG NGHỆ ÉP PHUN ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN
PHẨM NHỰA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-----*------

BÙI TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ
CÔNG NGHỆ ÉP PHUN ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN
PHẨM NHỰA

Chuyên ngành:
Mã số:

Kỹ thuật Cơ khí

60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

PGS. TS. Lê Cung

Đà Nẵng – Năm 2017


i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết cấu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Bùi Trung Kiên


ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... v

DANH MỤC CÁC HÌNH ..........................................................................................vi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
I.

Lý do chọn đề tài ..................................................................................................1

II.

Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 1

III.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.....................................................................2

IV.

Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................2

V.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..........................................................................2

VI.

Dự kiến kết quả đạt được ..................................................................................2

Chương 1:
1.1.

TỔNG QUAN .....................................................................................4

Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa ............................................................ 4

1.1.1.

Tổng quan của ngành công nghiệp nhựa Việt Nam hiện nay ....................4

1.1.2.

Thiết bị và công nghệ ngành nhựa ............................................................. 6

1.1.3.

Tình hình sử dụng các phần mềm CAE vào phân tích mơ phỏng trong

ngành chế tạo khn cho sản phẩm nhựa tại Việt Nam hiện nay: .............................. 7
1.2.

Các cơng trình nghiên cứu liên quan ................................................................ 9

1.3.

Mục tiêu luận văn.............................................................................................. 9

1.4.

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................10

Chương 2:
2.1.

THIẾT KẾ MƠ HÌNH KHN ....................................................... 11

Vật liệu nhựa [2] ............................................................................................. 11

2.1.1

Khái niệm .................................................................................................11

2.1.2

Phân loại nhựa .......................................................................................... 11

2.1.3

Một số đặc tính của nhựa .........................................................................12

2.1.4

Ứng dụng ..................................................................................................15

2.2.
2.2.1.

Tổng quan về công nghệ ép phun ...................................................................16
Công nghệ ép phun ...................................................................................... 16


iii

2.2.2.

Phân loại máy ép phun.................................................................................17

2.2.3.

Cấu tạo máy ép phun ...................................................................................18

2.2.4.

Thông số máy ép phun JSW J850SSII ........................................................ 20

2.3.

Thông số về sản phẩm..................................................................................... 21

2.4.

Kết cấu hệ thống khuôn ..................................................................................23

Chương 3:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG

NGHỆ ÉP PHUN ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM NHỰA ............................... 26
3.1.

Giới thiệu chung về phần mềm Moldflow ...................................................... 26

3.1.1.

Giới thiệu chung ....................................................................................... 26

3.1.2.

Một số chức năng của Moldflow: ............................................................ 27

3.2.

Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng nhiệt độ đến độ cong vênh sản phẩm .............28

3.2.1.

Khái niệm về độ cong vênh ......................................................................28

3.2.2.

Nguyên nhân gây ra hiện tượng co rút cong vênh sản phẩm ...................28

3.2.3.

Đặc điểm trong hiện tượng co rút cong vênh sản phẩm .......................... 29

3.2.4.

Hiện tượng co rút, cong vênh của sản phẩm nhựa ...................................29

3.2.5.

Ảnh hưởng của nhiệt độ nhựa đến độ co rút cong vênh sản phẩm ..........32

3.2.6.

Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ co rút cong vênh sản phẩm ........33

3.3.

Mô phỏng quá trình ép phun sản phẩm trên Moldflow ..................................35

3.3.1.

Thiết lập các điều kiện ban đầu ................................................................ 35

3.3.2.

Mô phỏng các quá trình............................................................................36

3.4.

Thực nghiệm ép phun sản phẩm khay nhựa đựng cá......................................45

3.5.

Kết quả phân tích hệ thống .............................................................................47

3.5.1.

Phân tích kết quả độ cong vênh theo phương X ..........................................50

3.5.2.

Phân tích kết quả độ cong vênh theo phương Y ..........................................51

3.5.3.

Kết luận ........................................................................................................52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................53
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................55


iv

TĨM TẮT
Trong cơng nghệ ép phun sản phẩm nhựa, việc lựa chọn các thông số hợp lý
sẽ giúp nhựa lỏng dễ dàng điền đầy lịng khn, giảm các khuyết tật của sản phẩm
nhựa, đặc biệt đối với sản phẩm có bề dày nhỏ (thành mỏng) và hình dạng phức
tạp. Với nghiên cứu này, tác giả sẽ mô phỏng ảnh hưởng của một số thông số ép
phun đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa như nhiệt độ, áp suất, thời gian, làm
nguội,.. Sau đó, tiến hành thực nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ nhựa đến độ cong
vênh và đưa ra được khả năng dự đốn chính xác của Moldflow.
Từ khóa: Khuôn phun ép nhựa, áp suất phun, thời gian duy trì áp, nhiệt độ
khn, nhiệt độ nhựa
ABSTRACT
In the injection molding technology of plastic products, the selection of
reasonable parameters will help the liquid plastic easily fill the mold, reducing the
defects of plastic products, especially for products with small thickness (thin wall)
and complex shapes. With this study, the author will simulate the effects of some
injection molding parameters on the warping of plastic products such as
temperature, pressure, time, cooling, etc. Then, Influence of plastic temperature to

warping and provide accurate predictions of Moldflow.
Keywords: Injection molding, injection pressure, hold pressure time, mold
temperature, melt temperature


v

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Nhiệt độ gia công ...................................................................................... 13
Bảng 2.2: Nhiệt độ phá hủy....................................................................................... 13
Bảng 2.3: Chiều dày thành của sản phẩm nhựa nhiệt dẻo ........................................14
Bảng 2.4: Độ co rút ...................................................................................................14
Bảng 3.1: Độ cong vênh sản phẩm theo áp suất phun ..............................................38
Bảng 3.2: Độ cong vênh sản phẩm theo thời gian duy trì áp suất ............................ 41
Bảng 3.3: Kết quả mô phỏng cong vênh khi thay đổi nhiệt độ khuôn ...................... 42
Bảng 3.4: Kết quả mô phỏng cong vênh khi thay đổi nhiệt độ nhựa ........................ 44
Bảng 3.5: Độ cong vênh thực nghiệm .......................................................................47
Bảng 3.6: Bảng so sánh độ cong vênh sản phẩm giữa mô phỏng và thực nghiệm ...49


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Biểu đồ tiêu thụ Nhựa theo các năm ........................................................... 4
Hình 1.2: Biểu đồ tỉ lệ dùng Nhựa cho các lĩnh vực ..................................................5
Hình 2.1: Máy nhựa ngang........................................................................................ 17
Hình 2.2: Máy nhựa đứng ......................................................................................... 18
Hình 2.3: Cấu tạo máy ép phun ngang ......................................................................19
Hình 2.4: Hình ảnh máy ép nhựa ..............................................................................21
Hình 2.5: Cụm phễu nạp liệu và trục vít máy ép nhựa .............................................21

Hình 2.6: Bản vẽ khay cá ......................................................................................... 22
Hình 2.7: Mơ hình lắp ráp bộ khn .........................................................................23
Hình 2.8: Cụm khn trên ......................................................................................... 24
Hình 2.9: Cụm khn dưới ....................................................................................... 25
Hình 3.1: Độ cong vênh ............................................................................................ 28
Hình 3.2: Ảnh hưởng của các thông số ép đến độ co rút nhựa [6,Tr180].................32
Hình 3.3: Biểu đồ trạng thái co rút thể tích theo nhiệt độ [6,Tr39] ......................... 32
Hình 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ hạt nhựa đến độ co rút cong vênh sản phẩm
[6,Tr85] ..................................................................................................................... 33
Hình 3.5: Độ co rút cong vênh khi nhiệt độ khn khác nhau [6,Tr91] ...................34
Hình 3.6: Mối quan hệ giữa nhiệt độ khuôn với độ co rút cong vênh [6,Tr92] ........34
Hình 3.7: Vị trí cổng phun ........................................................................................ 36
Hình 3.8: Cấu tạo bạc cuống phun ............................................................................37
Hình 3.9: Biểu đồ cong vênh sản phẩm theo áp suất phun .......................................39
Hình 3.10: Khuyết tật Sản phẩm khơng điền đầy ..................................................... 39
Hình 3.11: Đồ thị cong vênh sản phẩm theo thời gian duy trì áp ............................. 41
Hình 3.12: Đồ thị mơ phỏng độ cong vênh theo nhiệt độ khn .............................. 43
Hình 3.13: Biểu đồ mô phỏng độ cong vênh theo nhiệt độ nhựa ............................. 45
Hình 3.14: Biểu đồ cong vênh theo thực nghiệm...................................................... 47
Hình 3.15: Độ cong vênh sản phẩm mơ phỏng theo phương X ................................ 48
Hình 3.16: Độ cong vênh sản phẩm thực nghiệm theo phương X ............................ 48


vii

Hình 3.17: Độ cong vênh sản phẩm mơ phỏng theo phương Y ................................ 49
Hình 3.18: Độ cong vênh sản phẩm thực nghiệm theo phương Y ............................ 49
Hình 3.19: Đồ thị so sánh độ cong vênh phương X giữa mô phỏng và thực nghiệm
...................................................................................................................................50
Hình 3.20: Đồ thị so sánh độ cong vênh phương Y giữa mô phỏng và thực nghiệm

...................................................................................................................................51


1

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài

I.

Hiện nay, ngành khuôn mẫu đang phát triển mạnh ở nước ta, nhưng quá trình
thiết kế khuôn vẫn dựa trên kinh nghiệm đúc kết là chính; do đó đã phát sinh ra
nhiều khuyết tật sản phẩm như sản phẩm bị cong vênh (warpage), bavia, rổ khí (air
trap), đường tiếp giáp (welding line) và vết chảy (flow mark), cháy và giảm cấp
(burning and downsizing),…
Trong các nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm nhựa thì ảnh
hưởng cơ bản nhất là ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt hạt nhựa, nhiệt độ khuôn, tốc
độ làm nguội khn, áp lực phun, thời gian duy trì áp,...
Hiện nay có nhiều cơng trình đã được nghiên cứu về chất lượng của sản phẩm
nhựa. Tuy vậy, các nghiên cứu trong nước về vấn đề này cịn khá ít ỏi. Xuất phát từ
thực tế trên, nên tôi chọn đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THÔNG
SỐ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM NHỰA”.
Mục tiêu là thông qua phần mềm Moldflow mơ phỏng q trình ép phun sản
phẩm; xác định được ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt hạt nhựa, nhiệt độ khuôn, tốc
độ làm nguội khuôn, áp lực phun, thời gian duy trì áp đến độ cong vênh. Qua đó
chúng ta đưa ra được các thơng số phù hợp nhằm nâng cao được chất lượng sản
phẩm nhựa.
Mục tiêu nghiên cứu

II.

-

Tìm hiểu cơng nghệ ép phun sản phẩm nhựa; nghiên cứu ứng dụng phần

mềm Moldflow trong mô phỏng ép phun sản phẩm nhựa.
-

Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực, nhiệt độ, hệ thống nước làm nguội, thời

gian làm nguội, thời gian duy trì áp suất đến độ cong vênh của sản phẩm.
-

Xây dựng được mối quan hệ giữa nhiệt độ, áp lực, thời gian với độ cong

vênh sản phẩm.
-

Tiến hành thực nghiệm và so sánh với quá trình mô phỏng số trên phần mềm.


2

III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a.

Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu độ cong vênh sản phẩm khay cá theo ảnh hưởng của áp lực,

nhiệt độ hạt nhựa, nhiệt độ khuôn, hệ thống nước làm nguội.
b. Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu trong khuôn ép sản phẩm khay nhựa đựng cá bằng vật liệu
HDPE tại công ty nhựa Đại Tân.
IV. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp
thực nghiệm kiểm chứng.
Ứng dụng phần mềm Moldflow để xác định được các thông số công nghệ ép
phun cần thiết như: thời gian điền đầy, áp lực miệng phun, lực kẹp khuôn, nhiệt độ
khuôn, nhiệt độ nhựa.
Từ kết quả mô phỏng trên phần mềm, ta sẽ thiết kế các trường hợp thực
nghiệm phù hợp về ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ cong vênh sản phẩm. Tiến hành
thực nghiệm ép thử sản phẩm.
Thu thập kết quả thực nghiệm và so sánh với quá trình mơ phỏng. Qua đó đưa
ra các kết luận.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

V.
-

Giúp nhà sản xuất đưa ra được các chế độ tối ưu, đưa ra được các nhân tố

ảnh hưởng đến độ cong vênh sản phẩm.
-

Giúp nhà thiết kế khuôn chủ động thay đổi thiết kế để giảm thiểu các khuyết

tật trên nhằm sản phẩm đạt chất lượng cao mà giá thành thấp.
-

Người vận hành biết cách điều chỉnh các thơng số cơng nghệ q trình ép

phun phù hợp nhằm đạt được quá trình sản xuất tốt.
VI. Dự kiến kết quả đạt được


3

-

Qui trình mơ phỏng ép phun sản phẩm nhựa trên phần mềm Moldflow.

-

Các thông số công nghệ ép phun nhựa và kết cấu khuôn phù hợp nhằm tạo ra

sản phẩm đạt chất lượng cao.
I.

Mối quan hệ giữa nhiệt độ đến độ cong vênh sản phẩm.
Dàn ý nội dung chính
MỞ ĐẦU
Chương 1:

TỔNG QUAN

1.1.

Tổng quan về ngành cơng nghiệp nhựa.

1.2.

Các cơng trình nghiên cứu liên quan.

1.3.

Mục tiêu luận văn.

1.4.

Phương pháp nghiên cứu.

Chương 2:

THIẾT KẾ MƠ HÌNH KHN

2.1.

Vật liệu nhựa.

2.2.

Tổng quan về cơng nghệ ép phun.

2.3.

Thông số về sản phẩm.

2.4.

Thiết kế sơ bộ hệ thống khn.

Chương 3:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ THƠNG SỐ

CÔNG NGHỆ ÉP PHUN ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM NHỰA
3.1.

Giới thiệu chung về phần mềm MoldFlow.

3.2.

Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng nhiệt độ đến độ cong vênh sản phẩm.

3.3.

Mô phỏng quá trình ép phun sản phẩm trên Moldflow.

3.4.

Thực nghiệm ép phun.

3.5.

Kết quả phân tích hệ thống.
KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỀ TÀI


4

Chương 1:

1.1.

TỔNG QUAN

Tổng quan về ngành công nghiệp nhựa

1.1.1. Tổng quan của ngành công nghiệp nhựa Việt Nam hiện nay
Trong hơn 10 năm qua, ngành nhựa Việt Nam liên tục phát triển với tốc độ
bình quân 16-18%/năm (chỉ sau nghành viễn thơng và dệt may). Có những mặt
hàng tốc độ tăng trưởng đạt gần 100%. Với tốc độ phát triển nhanh, ngành Nhựa
đang được coi là một ngành năng động trong nền kinh tế Việt Nam. Sự tăng trưởng
đó xuất phát từ thị trường rộng, tiềm năng lớn và đặc biệt là vì ngành nhựa Việt
Nam mới chỉ ở bước đầu của sự phát triển so với thế giới và sản phẩm nhựa được
phát huy sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống bao gồm sản phẩm bao bì
nhựa, sản phẩm nhựa vật liệu xây dựng, sản phẩm nhựa gia dụng và sản phẩm nhựa
kỹ thuật cao.

Hình 1.1: Biểu đồ tiêu thụ Nhựa theo các năm
Năm 2015, ngành Nhựa sản xuất và tiêu thụ gần năm triệu tấn sản phẩm. Nếu
sản phẩm nhựa tính trên đầu người năm 1990 chỉ đạt 3,8 kg/năm thì nay đã tăng lên
41 kg/năm. Mức tăng này cho thấy nhu cầu sử dụng sản phẩm của ngành Nhựa ở
trong nước ngày một tăng lên. Nhiều doanh nghiệp tạo dựng được những thương


5

hiệu sản phẩm uy tín trong nước như: ống nhựa của Bình Minh, Tiền Phong, Minh
Hùng; bao bì nhựa của Rạng Đông, Tân Tiến, Vân Ðồn; chai PET và chai ba lớp
của Duy Tân, Ngọc Nghĩa, Tân Phú,...
Hơn 70% tổng sản lượng là của khối doanh nghiệp tư nhân. Nhiều doanh

nghiệp tư nhân có quy mơ lớn như Duy Tân, Tân Đại Hưng, Phước Thạnh, Thành
Lợi, Long Thành, Đệ Nhất, Đạt Hòa, Đại Đồng Tiến, Quán Quân, Biti's, Hừng
Sáng... Giá trị tài sản của những đơn vị này lên đến hàng chục triệu USD, có đơn vị
hàng trăm triệu USD. Hầu hết những công ty nhựa lớn của Việt Nam đều tập trung
tại TP Hồ Chí Minh và các tỉnh thành lân cận.
Trong vài năm gần đây thì đồ trang trí nội thất bằng nhựa cũng đã được
người tiêu dùng chấp nhận. Những sản phẩm nội thất nhựa như giường, tủ, bàn ghế,
giá sách, kệ tivi... được sản xuất từ nguyên liệu cao cấp kết hợp với xử lý nhờ các
công nghệ mới của các doanh nghiệp Đại Đồng Tiến, Duy Tân... được người tiêu
dùng đánh giá không chỉ rẻ mà còn tiện dụng, dễ lắp ráp và độ bền của sản phẩm
cao. Những sản phẩm này đa dạng về mẫu mã, màu sắc, cơ động khi tạo hình, tiện
lợi khi kê, lắp ráp cho nhà cửa. Ngoài ra chúng cịn chịu được nước, độ ẩm khơng
khí và có tính kháng lão hóa.

Hình 1.2: Biểu đồ tỉ lệ dùng Nhựa cho các lĩnh vực


6

1.1.2. Thiết bị và công nghệ ngành nhựa
a.

Thiết bị:
Thiết bị máy móc ngành nhựa được phản ánh rất rõ thơng qua các giai đoạn

đầu tư. Sau năm 1975, cả Thành phố Hồ Chí Minh có 1200 cơ sở sản xuất nhựa, có
khoảng 2000 máy móc các loại. Nhiều cơ sở có tên, có máy móc nhưng chỉ để nhập
nguyên liệu nhựa về bán; có cơ sở sản xuất gia đình chen lẫn một số nhà máy lớn
như Rạng Ðơng, Bình Minh và các nhà máy thuộc Liên Hiệp Nhựa thành phố.
Ðến nay, cả nước có hơn 5000 máy bao gồm: 3000 máy ép (injection), 1000

máy thổi (bowling injection) và hàng trăm các loại khác hỗ trợ thêm trong đó 6070% là máy đời mới. Tỷ lệ nhập máy móc thiết bị thơng qua cảng Thành phố Hồ
Chí Minh với hơn 99% là máy đời mới (tổng giá trị hơn 26 triệu USD).
Máy móc thiết bị chủ yếu được nhập từ Châu Á. Các công nghệ mới hiện đại
trong 8 ngành kinh tế kỹ thuật nhựa đều đã có mặt tại Việt Nam, tiêu biểu như các
công nghệ sản xuất vi mạch điện tử bằng nhựa, DVD, CD, chai 4 lớp, chai Pet,
màng ghép phức hợp cao cấp BOPP.
b.

Công nghệ:
Các công nghệ mà Việt Nam sử dụng để sản xuất các sản phẩm nhựa bao

gồm:
Công nghệ phun ép (Injection technology): công nghệ này được sử dụng để
làm cho các thành phần nhựa và phụ tùng cho các thiết bị điện tử, điện lực, xe máy
và ngành công nghiệp ô tô. Theo các chun gia cơng nghiệp, có khoảng 3.000 loại
thiết bị phun ép tại Việt Nam.
Công nghệ đùn-thổi (Blow-Extrusion technology): đây là công nghệ thổi
màng, sản xuất ra các loại vật liệu bao bì nhựa từ màng, dùng trong các cơng nghệ
thổi túi PE, PP và màng (cán màng PVC). Hiện nay nhiều doanh nghiệp nhựa sử
dụng công nghệ đùn thổi bằng nhiều thiết bị nhập từ các nước, nhiều thế hệ để sản
xuất các sản phẩm bao bì nhựa.


7

Công nghệ sản xuất nhựa sử dụng thanh Profile (Profile Technology):Ở Việt
Nam, công nghệ này được sử dụng để làm các sản phẩm như ống thoát nước PVC,
ống cấp nước PE, ống nhôm nhựa, cáp quang, cửa ra vào PVC, khung hình, tấm
lợp, phủ tường, v.v…
Nói chung, rất nhiều cơng nghệ sản xuất nhựa tiên tiến đang được áp dụng

tại Việt Nam, tuy nhiên chưa được phổ biến. Từ năm 2005, nhiều nhà sản xuất nhựa
tại Việt Nam đã đầu tư đáng kể vào việc nâng cấp trang thiết bị sản xuất và máy
móc của họ để cải thiện sản phẩm nhựa của họ về chất lượng và thiết kế, từ đó nâng
cao khả năng cạnh tranh tại thị trường trong nước và quốc tế. Ví dụ, một vài cơng ty
lớn đang sản xuất sản phẩm nhựa chất lượng và công nghệ cao sử dụng thiết bị tiên
tiến và máy móc nhập khẩu từ Đức, Italy và Nhật Bản. Xu hướng này sẽ tiếp tục khi
mà ngành công nghiệp nhựa Việt Nam phấn đấu để duy trì khả năng cạnh tranh của
mình và mở rộng năng lực thâm nhập trên thị trường thế giới.
1.1.3. Tình hình sử dụng các phần mềm CAE vào phân tích mơ phỏng trong
ngành chế tạo khuôn cho sản phẩm nhựa tại Việt Nam hiện nay:
Lĩnh vực CAD/CAM/CAE được ứng dụng mạnh để phục vụ cho công tác
thiết kế và chế tạo khuôn mẫu. Muốn thiết kế một bộ khn tốt địi hỏi hai vấn đề
quan trọng:
-

Thứ nhất là kết cấu khuôn phải đúng và làm việc ổn định. Vấn đề này đa

phần người làm khuôn Việt Nam mình giải quyết tốt, vì chỉ cần xem qua một kết
cấu có sẵn hoặc tham khảo trên bất kỳ sách hướng dẫn thiết kế khuôn mẫu nào là có
thể làm được.
-

Vấn đề thứ hai là phải nắm rõ thuyết lưu biến nhựa, các vấn đề áp suất, nhiệt

độ, độ nhớt, vận tốc dịng chảy của nhựa trong khn, … Những vấn đề này nghe
có vẻ mơ hồ nhưng cực kỳ quan trọng trong cơng tác thiết kế. Vì đa phần những lỗi
phát sinh trên sản phẩm như điền không đầy (Short shot), đường hàn (Welding
line), Ba via (Flash), cháy nhựa (Burn), cong vênh (Warpage), nứt gãy (Crack), trầy
sướt (Splay),… đều là do vấn đề thứ hai này mà ra. Câu hỏi đặt ra cho vấn đề này

8

thường là: “Làm sao chọn vị trí và kích thước cổng bơm nhựa tối ưu? Hệ thống làm
mát như vậy đạt chưa? Cổng thốt khí nên đặt ở chổ nào? Sản phẩm này ép ra bị co
rút bao nhiêu, co nhiều nhất ở đâu, kích thước sai lệch cho những vị trí lắp ghép là
bao nhiêu? Tại sao sản phẩm ép ra để trong kho khoảng một tháng lại bị rạn nứt?
Khắc phục như thế nào? .... Và câu hỏi thường làm cho người làm khuôn lúng túng,
kể cả những người đã có mấy chục năm trong nghề.
Thực tế trên thế giới người ta vẫn đang cố gắng trả lời các câu hỏi mà chúng
ta cũng đang quan tâm, nhưng có lẽ đáp án tối ưu nhất chỉ có thể là kỹ thuật mô
phỏng CAE. Giải pháp CAE giúp người ta mô phỏng các công đoạn từ thiết kế đến
sản xuất ngay trên máy tính trước khi đưa vào sản xuất thực tế, dự đốn trước các
vấn đề có thể phát sinh, tối ưu hóa bảng vẽ thiết kế, gia cơng, lắp ráp, do đó hạn chế
đến mức tối thiểu rủi ro phát sinh.
CAE trong lĩnh vực khuôn mẫu cho phép ta tính tốn kết cấu và sức bền của
khn, mơ phỏng dịng chảy của nhựa trong khn từ đó dự đoán trước các vấn đề
phát sinh, đề suất giải pháp xử lí tối ưu. Do đó hạn chế được số lần thử khuôn, chất
lượng sản phẩm ép ra được đảm bảo.
Độ chính xác của những phân tích CAE phụ thuộc vào độ chính xác của
phần mềm tính tốn, khả năng thao tác phần mềm và kinh nghiệm chuyên môn của
những kỹ sư CAE.
Phần mềm CAE là những phần mềm đắt và ít phổ biến bằng các phần mềm
CAD/CAM khác. Số lượng người sử dụng khơng nhiều do địi hỏi kinh nghiệm
chuyên môn.
Xu hướng mô phỏng CAE đang phát triển mạnh mẽ trên thế giới, và tại Việt
Nam cũng không thể nằm ngồi xu hướng đó. Khai thác và ứng dụng các phần mềm
CAE vào sản xuất là một nhu cầu cấp thiết đặt ra cho các nhà sản xuất nước ta hiện
nay.

9

Các cơng trình nghiên cứu liên quan

1.2.

Hiện nay có nhiều cơng trình đã được nghiên cứu về chất lượng của sản phẩm
nhựa cụ thể như sau:
Dương thị Vân Anh [1]: chiều dài của dịng chảy nhựa trong khn phun ép

a.

đã được khảo sát với các nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa khác nhau khác nhau, qua
đó đưa ra được ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dài dòng chảy nhựa. Tuy nhiên,
đay chỉ là mẫu thử đơn giản, chưa phải là một sản phẩm cụ thể.
b. YANG Jun-kai, XU Yun-jie [9]: sử dụng phần mềm Moldflow để dự đoán
các điều kiện điền đầy sản phẩm, ước tính áp lực phun và lực kẹp cần thiết để kẹp
khn, và tìm thấy yếu tố gây cong vênh sản phẩm, từ đó thay đổi cấu trúc khuôn,
nhằm giảm khuyết tật cong vênh sản phẩm và nâng cao chất lượng của sản phẩm.
D.E. Dimla , M. Camilotto, F. Miani [10]: nghiên cứu về kênh dẫn nước làm

c.

nguội thích hợp. Thơng qua phương pháp xây dựng một mơ hình CAD 3D của đối
tượng, và mơ phỏng để tìm được sự tối ưu hóa và dự đốn vị trí tốt nhất cho các
kênh dẫn nước làm nguội để giảm thiểu thời gian làm mát khi so sánh với các kênh
thẳng.
Tuy nhiên, các nghiên cứu trong nước về vấn đề này cịn khá ít ỏi. Xuất phát
từ thực tế trên, nên tôi chọn đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ÉP PHUN ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM
NHỰA”. Mục tiêu là thông qua phần mềm Moldflow mơ phỏng q trình ép phun
sản phẩm để xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm nhựa nói
chung và độ cong vênh của sản phẩm nói riêng. Từ đó, thiết kế các trường hợp thực
nghiệm; qua đó chúng ta đưa ra được các thông số phù hợp nhằm khắc phục được
các nhược điểm trên, qua đó nâng cao được chất lượng sản phẩm nhựa.
1.3.

Mục tiêu luận văn
Nghiên cứu công nghệ ép phun sản phẩm nhựa; nghiên cứu ứng dụng phần

mềm Moldflow trong mô phỏng ép phun sản phẩm nhựa.


10

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, hệ thống nước làm nguội, thời gian làm
nguội đến độ cong vênh của sản phẩm, sử dụng phần mềm Moldflow.
Xây dựng được mối quan hệ giữa nhiệt độ với độ cong vênh sản phẩm.
Tiến hành thực nghiệm và so sánh với quá trình mô phỏng số trên phần mềm.
1.4.

Phương pháp nghiên cứu
Sau khi mơ hình 3D khn được thiết kế, mơ hình khn được đưa vào trong

môi trường mô phỏng của phần mềm Moldflow để xác định được các thông số công
nghệ ép phun cần thiết như: thời gian điền đầy, áp suất miệng phun, tốc độ dịng
chảy, lực kẹp khn, phân bố áp lực trên sản phẩm, biểu đồ nhiệt độ. Với các điều
kiện kỹ thuật ép khn trên, q trình mơ phỏng cho hiển thị những khuyết tật về
đường tiếp giáp, vết cháy, rổ khí, co rút vị trí,… qua đó, người thiết kế sẽ chỉnh sửa

thiết kế cho phù hợp.
Từ kết quả mô phỏng trên phần mềm, ta sẽ thiết kế các trường hợp thực
nghiệm phù hợp về ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ cong vênh sản phẩm.
Tiến hành thực nghiệm ép thử sản phẩm.
Thu thập kết quả thực nghiệm và so sánh với q trình mơ phỏng.
Đưa ra được các mối quan hệ giữa nhiệt độ với độ cong vênh sản phẩm và đưa
ra các kết luận.


11

Chương 2:
2.1.

THIẾT KẾ MƠ HÌNH KHN

Vật liệu nhựa [2]

2.1.1 Khái niệm
Nhựa là một hợp chất gồm các phần tử được hình thành do sự lặp lại của một
hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử liên kết với nhau với số lượng
khá lớn để tạo nên một loại tính chất mà chúng thay đổi khơng đáng kể khi lấy đi
hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo.
2.1.2 Phân loại nhựa
a. Phân loại theo tính chịu nhiệt
- Nhựa nhiệt dẻo: thông thường là các Polyme mạch thẳng. Ở nhiệt độ xác
định chúng có thể chảy trở thành dẻo, nhỏ hơn nhiệt độ này thì chúng rắn lại Ví dụ
như PP, PE, PVC, PS,PC, PET… được ứng dụng sản xuất chai, lọ, ống nước…
- Nhựa nhiệt rắn: là các Polyme có khối lượng phân tử khơng cao lắm, ở nhiệt
độ cao chúng khơng thể chảy mềm và khơng hịa tan trong dung mơi. Ví dụ như

PF, MF…được ứng dụng làm tay cầm chảo, tay cầm xoong nồi…
b. Phân loại theo cấu trúc
- Polyme mạch thẳng: đại phân tử của nó là các chuỗi các mắt xích nối liền
nhau theo đường dích dắc hay xoắn ốc. Ví dụ như: PE, PA…
- Polyme mạch nhánh: là mạch thẳng nhưng trong đại phân tử của nó có thêm
các nhánh. Ví dụ như PIB
- Polyme khơng gian: các momen có ba nhóm hoạt động tạo nên polymer
khơng gian ba chiều có tính cơ lý nhiệt đặc biệt. Ví dụ như Epoxy
- Polyme mạng lưới: các mạch cạnh nhau trong Polyme này được nối với nhau
bằng liên kết động hóa trị. Ví dụ như Cao su lưu hóa.


12

2.1.3 Một số đặc tính của nhựa
a. Các tính chất cơ bản của vật liệu nhựa:
Vật liệu nhựa được dùng rộng rãi trong kỹ thuật và đời sống vì chúng có nhiều
ưu điểm như:
-

Vật liệu cách điện, nhiệt và âm.

-

Trọng lượng nhẹ và cứng.

-

Chảy tốt, có thể dùng nhiều phương pháp gia cơng.

-

Kháng nước và hố chất.

-

Nhiều ứng dụng dựa vào cơng nghệ sản xuất.

-

Giá thành rẻ

-

Có những tính chất đặc biệt tuỳ thuộc vào cấu trúc hố học.

-

Khơng chịu nhiệt.

-

Độ cứng bề mặt kém.

-

Độ kháng dung môi thấp - ứng suất nứt thấp.

-

Tính chất tĩnh điện thấp.

b. Nhiệt độ gia cơng
Ứng với mỗi vật liệu nhựa khác nhau thì có nhiệt độ khn và nhiệt độ gia
cơng khác nhau.
Nhiệt độ nhựa là nhiệt độ mà ở đó trạng thái nhựa ở dạng lỏng có thể điền đày
lịng khn nhằm tạo hình sản phẩm.
Nhiệt độ khn là nhiệt độ mà ở đó nhựa từ trạng thái lỏng nguội lại để kết
tinh sản phẩm thành hình và hình dạng sản phẩm không thay đổi nhiều nữa dưới sự
tác động của các tác nhân như ngoại lực, nhiệt độ môi trường…


13

Một số vật liệu thơng thường có nhiệt độ gia công khoảng 205 0C, số khác yêu
cầu tới 3150C hoặc cao hơn [6,Tr1].
Vì vậy ta phải chọn vật liệu làm khuôn phù hợp với từng loại vật liệu nhựa
theo các bảng khuyến cáo sau:
Bảng 2.1: Nhiệt độ gia công
TT

Nhựa

Nhiệt độ khuôn (0C)

Nhiệt độ nhựa ở cuối piston (0C)

1

PP

10-80

220-235

2

PS

10-75

200-280

3

ABS

10-80

220-270

4

PVC

20-60

170-200

5

PC

70-115

300-350

6

LDPE

50-70

160-260

7

HDPE

30-70

75-260

c.

Nhiệt độ phá hủy
Sản phẩm nhựa nhiệt dẻo sẽ bị phá huỷ, rửa nát nếu gặp nhiệt độ cao. Bảng

số liệu sau cho nhiệt độ phá huỷ một số chất dẻo nhiệt.
Bảng 2.2: Nhiệt độ phá hủy

TT

Nhựa

Nhiệt độ phá hủy (0C)

1

ABS

310

2

PS

250

3

PP

280

4

PVC

180-220

5

HDPE

260-280


14

d. Chiều dày thành của sản phẩm nhựa nhiệt dẻo
Căn cứ vào loại vật liệu nhựa mà ta chọn để từ đó xác định chiều dày thành
sản phẩm.
Bảng 2.3: Chiều dày thành của sản phẩm nhựa nhiệt dẻo

e.

TT

Vật liệu

Chiều dày min

Chiều dày

Chiều dày max (mm)

1

PA

(mm)
0.38

1.6bình
trung

3.2

2

PC

1.0

2.4
(mm)

9.5

3

LDPE

0.5

1.6

6.4

4

HDPE

0.9

1.6

6.4

5

PP

0.63

2.0

7.6

6

PS

0.76

1.6

6.4

7

PVC

1.0

2.4

9.5

Độ co rút (%)
Độ co rút của vật liệu nhựa cũng ảnh hưởng đến kích thước của sản phẩm.

Trong q trình thiết kế, kích thước khn phụ thuộc ngồi kích thước sản phẩm ta
phải cộng thêm độ co rút của vật liệu nhựa để có được sản phẩm theo đúng yêu cầu
của người sử dụng. Bảng số liệu sau cho biết độ co rút của một số nhựa nhiệt dẻo.
Bảng 2.4: Độ co rút
TT

Nhựa

Độ co (%)

Mật độ

1

PS

0.3-0.6

1.05

2

ABS

0.4-0.7

1.06

3

PP

1.0-2.5

1.15

4

LDPE

1.5-5.0

0.954

5

HDPE

1.5-3.0

0.92

6

PVC mềm

0.5

1.38

7

PVC cứng

0.5

1.38


15

2.1.4 Ứng dụng
a. Nhựa PE và HDPE
-

Những sản phẩm cần độ bền kéo cơ học: búa nhựa, vật liệu cách điện và

nhiệt, bồn tắm, ống dẫn nước, chi tiết xe hơi.

-

Sản phẩm cần kháng dung môi và dầu nhớt: thùng chứa dung mơi, chai lọ,

màng mỏng bao bì.
-

Sản phẩm dùng cho cách điện: làm vật liệu điện chịu tần số cao (dây cáp và

chi tiết điện), băng keo cách điện.
b. Nhựa PP
-

Dùng cho yêu cầu có độ cứng: nắp chai nước ngọt, thân và nắp bút mực, hộp

nữ trang, két bia, hộp đựng thịt.
-

Dùng kháng hoá chất: chai lọ thuốc y tế, màng mỏng bao bì, ống dẫn, nắp

thùng chứa dung môi.
-

Dùng cách điện tần số cao: làm vật liệu cách điện tần số cao, tấm, vật kẹp

cách điện.
-

Dùng trong nghành dệt: sợi dệt PP, dép giả da đi trong nhà

c.

Nhựa PS

-

Sản phẩm rẻ tiền: sản phẩm nhựa tái sinh: ly, hộp.

-

Cách điện tần số cao: vỏ hộp, thùng, điện, ống, vật liệu cách điện.

-

Nhựa trao đổi iôn –PS nối ngang mạch.

d. Nhựa PVC
-

Sản phẩm cứng: ống nước, màng mỏng cứng, tấm cứng.

-

Sản phẩm mềm: ống nước, tấm.

-

Không độc dùng: chai lọ chất dẻo, thùng chứa thực phẩm, màng mỏng bao bì

thực phẩm.

16

e.

Nhựa ABS

-

Trong kỹ thuật nhiệt lạnh: là các vỏ bên trong, các cửa trong và vỏ bọc bên

ngoài chịu va đập ở nhiệt độ lạnh.
-

Các sản phẩm ép phun như các vỏ bọc, bàn phím, sử dụng trong các máy văn

phịng, máy ảnh…
-

Trong cơng nghiệp xe: làm các bộ phận xe hơi, xe máy, thuyền…

-

Trong cơng nghiệp bao bì, đặc biệt dùng cho thực phẩm, các sản phẩm ép

phun, thùng chứa và màng, mũ bảo hiểm đồ chơi...
f.

Nhựa PET

-

Sử dụng sản phẩm trong, kháng va đập và cần quang học tốt như các chi tiết

trong xe hơi, điện và điện tử.
2.2.

Định hướng hai chiều trong ép thổi chai PET cho nước giải khát
Tổng quan về công nghệ ép phun

2.2.1. Công nghệ ép phun
Công nghệ Ép phun (đúc dưới áp suất hay đúc tiêm) là phương pháp gia công
chủ yếu trong công nghiệp gia công polymer.
Các nhựa nhiệt dẻo thường được gia công bằng phương pháp này. Phương
pháp ép phun thuộc nhóm 1 theo cách phân nhóm trạng thái vật liệu. Sản phẩm gia
cơng có kích thước khá chính xác theo 3 chiều vì được tạo hình
trong khn kín.
Q trình gia cơng gồm 2 q trình:
-

Nhựa hố trong xi lanh ngun liệu.

-

Tạo hình trong khn: q trình tạo hình chỉ tiến hành khi làm khít 2 nửa

khn lại với nhau. Tùy theo nguyên liệu đúc, chế độ nhiệt độ của khuôn đúc khác
nhau (nhựa nhiệt dẻo khác nhựa nhiệt rắn). Vật liệu chảy vào khuôn qua các rảnh,