Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của lõng khuôn sau quá trình gia nhiệt bằng khí nóng từ ngoài khuôn

TÓM TẮT
Luận văn: “Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của lịng khn sau q trình
gia nhiệt bằng khí nóng từ ngồi khn” là sự bổ sung phƣơng pháp gia nhiệt
bằng khí nóng. Bởi vì khi gia nhiệt bằng khí nóng thì lƣợng nhiệt thất thốt ra
bên ngồi khơng khí khá nhiều gây ảnh hƣởng đến hiệu suất. Nói về phƣơng
pháp gia nhiệt bằng khí nóng thì nó có nhiều ƣu điểm hơn so với các phƣơng
pháp gia nhiệt khác nhƣ gia nhiệt bằng nƣớc, gia nhiệt bằng điện, điện từ ... bởi
vì nó có tốc độ gia nhiệt nhanh hơn. Q trình giải nhiệt nhanh chóng, kết cấu
thiết bị đơn giản. Rất thuận lợi cho việc việc chế tạo vận hành, dễ tự động hóa.
Luận văn đã đƣợc thực hiện trong thời gian từ tháng 01/3/2020 đến
30/8/2020. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu về lý
thuyết truyền nhiệt, lý thuyết khuôn mẫu. Nghiên cứu, thiết kế hình dáng cover
chuẩn (về kích thƣớc, số inlet, outlet khí…từ các kết quả mơ phỏng với các quy
cách khác nhau), từ đó dựa vào hình dáng cover chuẩn để thiết kế các cover phù
hợp cho các bề mặt lịng khn có bán kính R lồi lõm khác nhau.
Nội dung luận văn đã trình bày một cách đầy đủ và cô đọng lý thuyết
tƣơng đối về truyền nhiệt, khuôn mẫu và kết quả của q trình mơ phỏng trên
phần mềm Ansys Workbench với dạng bề mặt tấm lõm, lồi, lõm và lồi khác
nhau.
Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở để xử lý những lỗi thực tế trong quá trình ép
phun gây ra bởi sự tổn thất về nhiệt và áp trong q trình chuyển động của dịng
nhựa. Và đó cũng là cơ sở lý thuyết cho những nghiên cứu sâu hơn cho sự phát
triển ngành khuôn trong tƣơng lai của Việt Nam.

xi


ABSTRACT
Thesis: "Research on the temperature distribution of the mold cavity after
heating with hot air from outside the mold" is the addition of a heating method
by hot air. Because when heated with hot air, the amount of heat lost to the

outside of the air a lot affects the efficiency. Talking about the hot air heating
method, it has many advantages over other heating methods such as water
heating, electric heating, electromagnetic ... because it has a faster heating rate. .
The process of cooling is quick, the structure is simple. Very convenient for
manufacturing operations, easy to automate.
The thesis was implemented from March 01, 2020 to August 30, 2020.
The content and research methods of the topic are the research on heat transfer
theory, template theory. Research and design the tandard cover shape (in terms of
size, number of inlets, outlet ... from simulation results with different
specifications), from there based on the standard cover shape to design suitable
covers for the cavity surfaces have different convex R radius.
The content of the thesis has fully and condensed relativity theories about
heat transfer, patterns and results of the simulation process on Ansys Workbench
software with other concave, convex, concave and convex surfaces. together.
The results of the thesis will be the basis to handle actual errors in injection
molding caused by the loss of heat and pressure in the motion of the plastic flow.
And that is also the theoretical basis for further studies for the future
development of the mold industry in Vietnam.

xii


MỤC LỤC
Trang tựa .................................................................................................. TRANG
Quyết định giao đề tài ........................................................................................... i
Biên bản chấm LVTN của Hội đồng ................................................................... ii
Phiếu nhận xét của 02 phản biện ......................................................................... iii
Lý lịch cá nhân ................................................................................................... vii
Lời cam đoan ....................................................................................................... ix
Cảm tạ .................................................................................................................. x

Tóm tắt ................................................................................................................ xi
Mục lục .............................................................................................................. xiii
Danh sách các chữ viết tắt ................................................................................. xvi
Danh sách các bảng .......................................................................................... xvii
Danh sách các hình............................................................................................. xx
Chƣơng 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 1
1.1. Công nghệ ép phun........................................................................................ 1
1.2. Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1
1.3. Phƣơng pháp gia nhiệt cho khn phun ép bằng khí nóng ........................... 2
1.3.1. Đặc điểm của chất khí ................................................................................ 2
1.3.2. Phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng ........................................................ 2
1.4. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 3
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ..................................................... 4
1.6. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. .................................................................... 4
1.7. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. ................................................................ 5
1.8. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 5
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUY T ...................................................................... 6
2.1. Tổng quan về khuôn ép nhựa ........................................................................ 6

xiii


2.2. Quy trình gia nhiệt bằng khí nóng ................................................................ 6
Chƣơng 3. THI T K

COVER PHÙ HỢP VỚI LỊNG KHN CĨ BỀ

MẶT PHỨC TẠP ............................................................................................... 8
3.1. Ý tƣởng thiết kế Cover .................................................................................. 8
3.2. Vật liệu chế tạo Cover ................................................................................... 8

3.3. Kết cấu lắp ráp .............................................................................................. 9
3.4. Các phƣơng án thiết kế cover ........................................................................ 9
3.4.1. Phƣơng án 1: Thiết kế cover 50mmx50mm ............................................... 9
3.4.2. Phƣơng án 2: Thiết kế cover 54mmx54mm ............................................. 12
3.4.3. Kết quả mô phỏng phƣơng án 1 và phƣơng án 2 ..................................... 15
3.4.4. Phƣơng án 3: Thiết kế cover thay đổi số lƣợng inlet, outlet .................... 17
Chƣơng 4. NGHIÊN CỨU Q TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NĨNG
TRONG LỊNG KHN PHỨC TẠP........................................................... 22
4.1. Nghiên cứu quá trình gia nhiệt bằng khí nóng trong lịng khn có bề mặt
lồi.. ...................................................................................................................... 22
4.1.1. Mơ phỏng q trình gia nhiệt bằng khí nóng trong lịng khn có bề mặt
lồi ........................................................................................................................ 22
4.1.2. So sánh kết quả mơ phỏng ....................................................................... 38
4.2. Nghiên cứu q trình gia nhiệt bằng khí nóng trong lịng khn có bề mặt
lõm. ..................................................................................................................... 42
4.2.1. Mơ phỏng q trình gia nhiệt bằng khí nóng trong lịng khn có bề mặt
lõm...................................................................................................................... 42
4.2.2. So sánh kết quả mơ phỏng ....................................................................... 58
4.3. Nghiên cứu q trình gia nhiệt bằng khí nóng trong lịng khn có bề mặt lồi
và lõm. ................................................................................................................ 62

xiv


4.3.1. Mơ phỏng q trình gia nhiệt bằng khí nóng trong lịng khn có bề mặt
lồi và lõm............................................................................................................ 62
4.3.2. So sánh kết quả mô phỏng ....................................................................... 78
Chƣơng 5. K T LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................... 83
5.1. Kết quả đạt đƣợc ......................................................................................... 83
5.2. Hƣớng phát triển ......................................................................................... 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 87
NỘI DUNG BÀI BÁO ....................................................................................... 88

xv


DANH SÁCH CÁC CHỮ VI T TẮT
 PP ..................................................................................... : Polypropylene
 PE ........................................................................................ : Polyethylene
 ABS ......................................................... : Acrylonitrile butadiene styrene
 PA .............................................................................................. : Polyamid
 PS .............................................................................: Poly styrene – nylon

xvi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các thông số quy cách cần nghiên cứu của tấm gia nhiệt ................... 5
Bảng 3.1: Các thông số quy cách cần nghiên cứu của tấm gia nhiệt ................... 8
Bảng 3.2: Quy cách tấm gia nhiệt thử nghiệm ..................................................... 9
Bảng 3.3: Quy cách thiết kế cover 1-a ................................................................. 9
Bảng 3.4: Quy cách thiết kế cover 1-b ............................................................... 10
Bảng 3.5: Quy cách thiết kế cover 1-c ............................................................... 11
Bảng 3.6: Quy cách thiết kế cover 2-a ............................................................... 12
Bảng 3.7: Quy cách thiết kế cover 2-b ............................................................... 13
Bảng 3.8: Quy cách thiết kế cover 2-c ............................................................... 14
Bảng 3.9: Kết quả mô phỏng phƣơng án 1 và phƣơng án 2 .............................. 15
Bảng 3.10: Quy cách thiết kế cover 3-a ............................................................. 17
Bảng 3.11: Quy cách thiết kế cover 3-b ............................................................. 18
Bảng 3.12: Quy cách thiết kế cover 3-c ............................................................. 18

Bảng 3.13: Quy cách thiết kế cover 3-d ............................................................. 19
Bảng 3.14: Kết quả mô phỏng phƣơng án 3 ...................................................... 20
Bảng 4.1: Các thông số, quy cách cần nghiên cứu của tấm gia nhiệt có bề mặt lồi
............................................................................................................................ 22
Bảng 4.2: Bản vẽ tấm gia nhiệt bề mặt lồi (R0; R50; R75; R90) chiều dày 0.5mm
............................................................................................................................ 23
Bảng 4.3: Bản vẽ tấm gia nhiệt bề mặt lồi (R0; R50; R75; R90) chiều dày
0.75mm............................................................................................................... 25
Bảng 4.4: Bản vẽ tấm gia nhiệt bề mặt lồi (R0; R50; R75; R90) chiều dày 1.0
mm ...................................................................................................................... 27
Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng tấm gia nhiệt bề mặt lồi (R50; R75; R90) có chiều
dày 0.5mm .......................................................................................................... 32
Bảng 4.6: Kết quả mơ phỏng tấm gia nhiệt R0 có chiều dày 0.5mm ................ 33

xvii


Bảng 4.7: Kết quả mô phỏng tấm gia nhiệt bề mặt lồi (R0; R50; R75; R90) có
chiều dày 0.75mm .............................................................................................. 35
Bảng 4.8: Kết quả mô phỏng tấm gia nhiệt bề mặt lồi (R0; R50; R75; R90) có
chiều dày 1.0mm ................................................................................................ 37
Bảng 4.9: Các thông số, quy cách cần nghiên cứu của tấm gia nhiệt có bề mặt
lõm...................................................................................................................... 42
Bảng 4.10: Bản vẽ tấm gia nhiệt bề mặt lõm (R0; R50; R75; R90) chiều dày
0.5mm................................................................................................................. 42
Bảng 4.11: Bản vẽ tấm gia nhiệt bề mặt lõm (R0; R50; R75; R90) chiều dày
0.75mm............................................................................................................... 45
Bảng 4.12: Bản vẽ tấm gia nhiệt bề mặt lõm (R0; R50; R75; R90) chiều dày
1.0mm................................................................................................................. 47
Bảng 4.13: Kết quả mô phỏng tấm gia nhiệt bề mặt lõm (R50; R75; R90) có

chiều dày 0.5mm ................................................................................................ 52
Bảng 4.14: Kết quả mơ phỏng tấm gia nhiệt R0 có chiều dày 0.5mm .............. 53
Bảng 4.15: Kết quả mô phỏng tấm gia nhiệt bề mặt lõm (R0; R50; R75; R90) có
chiều dày 0.75mm .............................................................................................. 55
Bảng 4.16: Kết quả mô phỏng tấm gia nhiệt bề mặt lõm (R0; R50; R75; R90) có
chiều dày 1.0mm ................................................................................................ 57
Bảng 4.17: Các thông số, quy cách cần nghiên cứu của tấm gia nhiệt có bề mặt
lồi và lõm............................................................................................................ 62
Bảng 4.18: Bản vẽ tấm gia nhiệt bề mặt lồi và lõm (R0; R50; R75; R90) chiều
dày 0.5mm .......................................................................................................... 63
Bảng 4.19: Bản vẽ tấm gia nhiệt bề mặt lồi và lõm (R0; R50; R75; R90) chiều
dày 0.75mm ........................................................................................................ 65
Bảng 4.20: Bản vẽ tấm gia nhiệt bề mặt lồi và lõm (R0; R50; R75; R90) chiều
dày 1.0mm .......................................................................................................... 67
Bảng 4.21: Kết quả mô phỏng tấm gia nhiệt bề mặt lồi và lõm (R50; R75; R90)
có chiều dày 0.5mm ........................................................................................... 72

xviii


Bảng 4.22: Kết quả mô phỏng tấm gia nhiệt R0 có chiều dày 0.5mm .............. 73
Bảng 4.23: Kết quả mơ phỏng tấm gia nhiệt bề mặt lồi và lõm (R0; R50; R75;
R90) có chiều dày 0.75mm ................................................................................ 75
Bảng 4.24: Kết quả mô phỏng tấm gia nhiệt bề mặt lồi và lõm (R0; R50; R75;
R90) có chiều dày 1.0mm .................................................................................. 77

xix


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí........................................................... 3
Hình 2.1. Khn âm và khn dƣơng ở trạng thái đóng. .................................... 6
Hình 2.2: Phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng [2] ............................................ 7
Hình 3.1: Bản vẽ lắp cover với đầu phun............................................................. 9
Hình 3.2: Bản vẽ Cover quy cách 1-a ................................................................ 10
Hình 3.3: Bản vẽ Cover quy cách 1-b ................................................................ 11
Hình 3.4: Bản vẽ Cover quy cách 1-c ................................................................ 12
Hình 3.5: Bản vẽ Cover quy cách 2-a ................................................................ 13
Hình 3.6: Bản vẽ Cover quy cách 2-b ................................................................ 14
Hình 3.7: Bản vẽ Cover quy cách 2-c ................................................................ 15
Hình 3.8: Bản vẽ Cover quy cách 3-a ................................................................ 17
Hình 3.9: Bản vẽ Cover quy cách 3-b ................................................................ 18
Hình 3.10: Bản vẽ Cover quy cách 3-c .............................................................. 19
Hình 3.11: Bản vẽ Cover quy cách 3-d .............................................................. 20
Hình 4.1: Bản vẽ Tấm chắn khí “Cover” có bán kính R50 ................................ 29
Hình 4.2: Bản vẽ Tấm chắn khí “Cover” có bán kính R75 ................................ 30
Hình 4.3: Bản vẽ Tấm chắn khí “Cover” có bán kính R90 ................................ 31
Hình 4.4: Vị trí kết quả mơ phỏng theo Line ..................................................... 39
Hình 4.5: Biểu đồ nhiệt độ mơ phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R0
..…... ................................................................................................................... 40
Hình 4.6: Biểu đồ nhiệt độ mơ phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt lồi R50
............................................................................................................................ 40

xx


Hình 4.7: Biểu đồ nhiệt độ mơ phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt lồi R75
............................................................................................................................ 41
Hình 4.8: Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt lồi R90
............................................................................................................................ 41

Hình 4.9: Bản vẽ Tấm chắn khí “Cover” có bán kính R50................................ 49
Hình 4.10: Bản vẽ Tấm chắn khí “Cover” có bán kính R75 .............................. 50
Hình 4.11: Bản vẽ Tấm chắn khí “Cover” có bán kính R90 .............................. 51
Hình 4.12: Vị trí kết quả mơ phỏng theo Line ................................................... 59
Hình 4.13: Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R0
…………………………………………………………………………………60
Hình 4.14: Biểu đồ nhiệt độ mơ phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R50
........................................................................................................................... .60
Hình 4.15: Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R75
........................................................................................................................... .61
Hình 4.16: Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R90.
............................................................................................................................ 61
Hình 4.17: Bản vẽ Tấm chắn khí “Cover” có bán kính R50 .............................. 69
Hình 4.18: Bản vẽ Tấm chắn khí “Cover” có bán kính R75 .............................. 70
Hình 4.19: Bản vẽ Tấm chắn khí “Cover” có bán kính R90 .............................. 71
Hình 4.20: Vị trí kết quả mơ phỏng theo Line ................................................... 79
Hình 4.21: Biểu đồ nhiệt độ mơ phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R0
........................................................................................................................ …80
Hình 4.22: Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R50
........................................................................................................................... .80
Hình 4.23: Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R75.
............................................................................................................................ 81

xxi


Hình 4.24: Biểu đồ nhiệt độ mơ phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R90
........................................................................................................................... .81
Hình 5.1: Ảnh hƣởng của tốc độ dòng chảy phun tới độ nhám bề mặt trong đúc
ép phun khuôn thành mỏng [3] .......................................................................... 84

Hình 5.2: Chiều cao của cấu trúc Micro khi gia nhiệt với các nhiệt độ khác nhau
[4] ....................................................................................................................... 85
Hình 5.3: Hình ảnh soi từi kính hiển vi laser 3D tại điểm chính giữa [4] ......... 85

xxii


Chƣơng 1

TỔNG QUAN

1.1. Công nghệ ép phun
Công nghệ ép phun là phƣơng pháp gia công tạo sản phẩm bằng phƣơng pháp gia
nhiệt vật liệu nhựa đến một nhiệt độ thích hợp khi đó nhựa đƣợc chảy dẻo ra, và dƣới một
áp suất lớn đƣợc tạo ra bởi máy ép phun, nhựa chảy đƣợc phun ép thông qua hệ thống
kênh dẫn vào lịng khn, và tiếp tục đùn ép cho đến khi nhựa chảy lỏng điền đầy khn
thì dừng lại. Sau đó khn đƣợc làm nguội và nhựa dẻo đơng cứng lại. Sau đó mở khn,
tiếp theo sản phẩm đƣợc đẩy ra khỏi lịng khn nhờ hệ thống đẩy.
1.2. Đặt vấn đề
Sản phẩm nhựa hiện nay rất đa dạng, từ đơn giản đến phức tạp, từ kích thƣớc lớn
đến kích thƣớc nhỏ. Với sự phát triển nhƣ hiện nay của xã hội, yêu cầu mới đƣợc đặt ra là
việc chế tạo các sản phẩm nhựa bằng công nghệ ép phun với bề dày nhỏ hơn 0.1 mm nhƣ
các chip sinh học, các thiết bị quang học…
Trong quá trình điền nhựa vào khuôn đặc biệt với sản phẩm thành mỏng, những
lớp nhựa tiếp xúc với cổng phun nhựa của khuôn (bề mặt cổng phun ở nhiệt độ thấp) sẽ
đơng lại. Q trình đông lại ở bề mặc tiếp xúc với cổng phun nhựa sẽ làm giảm áp lực
của dòng nhựa và hạn chế dịng chảy vào lịng khn làm cho nhựa sẽ khơng điền đầy
đƣợc lịng khn.
Để khắc phục đƣợc tình trạng đó cần tăng nhiệt độ bề mặt cổng phun nhựa lên một
nhiệt độ phù hợp qua đó làm cho quá trình đơng đặc lớp nhựa tiếp xúc với cổng phun

giảm, mà khơng làm cho q trình giải nhiệt sau khi ép tăng lên.
Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn nhƣ: gia nhiệt bằng chất
lỏng, gia nhiệt bằng điện trở, gia nhiệt bằng khí nóng...Trong đó phƣơng pháp gia nhiệt
bằng chất lỏng và gia nhiệt bằng điện trở có những ƣu điểm nhất định và cũng có những
khuyết điểm nhƣ sau: sau q trình ép khn cần giải nhiệt với thời gian tƣơng đối dài,
yêu cầu kết cấu khuôn phức tạp. Đối với phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng có rất
nhiều ƣu điểm nhƣ có thể gia nhiệt linh hoạt ở nhiều vị trí, q trình gia nhiệt xảy ra
nhanh và các thiết bị đơn giản nên có thể tự động hóa đƣợc.
1


Tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của lịng khn sau q trình gia nhiệt
bằng khí nóng từ ngồi khn” là vì:
- Do nhận thấy phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng là một phƣơng pháp mới trong việc
gia nhiệt khn. Nhƣng lại có khá nhiều hạn chế nhƣ hiệu suất gia nhiệt và vùng phân bố
nhiệt chƣa đạt hiệu quả tối ƣu.
- Nên tôi đã quyết định thiết kế tấm chắn khí nhằm mục đích tăng hiệu quả gia nhiệt,
bằng cách tập trung vùng không gian gia nhiệt lại trong vùng cần gia nhiệt, trên các bề
mặt phức tạp (lồi, lõm, lồi và lõm) nhằm tăng nhiệt độ trên bề mặt và phân bố nhiệt đều
hơn.
- Trong q trình nghiên cứu tơi cũng có tham khảo nhiều nghiên cứu trong nƣớc và
ngoài nƣớc về phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng nhằm hiểu rõ hơn về phƣơng pháp,
từ đó làm cơ sở vững chắc cho quá trình nghiên cứu sau này.
1.3. Phƣơng pháp gia nhiệt cho khn phun ép bằng khí nóng
1.3.1. Đặc điểm của chất khí
Chất khí là tập hợp các nguyên tử hay phân tử hay các hạt nói chung trong đó các
hạt có thể tự do chuyển động trong khơng gian.
Chất khí là l tƣơng tác giữa các hạt rất yếu, và các hạt chủ yếu tƣơng tác với nhau
qua va chạm ngẫu nhiên, hoặc với thành chứa. Các hạt chuyển động với tốc độ và hƣớng
ngẫu nhiên, và các vận tốc của các hạt chỉ thay đổi đáng kể thông qua các va chạm ngẫu

nhiên với nhau hoặc với thành vật chứa.
Phƣơng trình trạng thái (đối với chất khí) là một mơ hình tốn học đƣợc sử dụng
để mơ tả hoặc dự đốn gần đúng các đặc tính trạng thái của chất khí. Hiện nay, khơng có
một phƣơng trình trạng thái nào dự đốn chính xác các tính chất của tất cả các chất khí
trong mọi điều kiện.
1.3.2. Phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng
Phƣơng pháp gia nhiệt cho khn phun ép bằng khí nóng là phƣơng pháp mới.
Phƣơng pháp này thực hiện nhƣ sau: Khơng khí đƣợc nén trong máy nén tạo áp
lực, sau khi ra khỏi máy nén khí đƣợc đi qua khối thép đã đƣợc nung nóng. Khí đƣợc
nung nóng trong khối thép này, khi khí đi ra khỏi khối gia nhiệt đƣợc phun trực tiếp lên
bề mặt khuôn để gia nhiệt bề mặt khuôn.
 Ƣu điểm của phƣơng pháp này:
-

Gia nhiệt nhanh chóng, linh hoạt, nhiều vị trí.
2


-

Hệ thống đơn giản, và có thể tự động hóa.

 Nhƣợc điểm:
- Cần áp suất khí nén ổn định
- Mơi trƣờng làm việc ồn ào
- Tốn thời gian cho mỗi chu kì ép vì module cần phải di chuyển.
Do nhận thấy phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng là một phƣơng pháp mới trong
việc gia nhiệt khn. Nhƣng lại có khá nhiều hạn chế nhƣ hiệu suất gia nhiệt và vùng
phân bố nhiệt chƣa đạt hiệu quả tối ƣu.
Nên thiết kế tấm chắn khí (cover) nhằm mục đích tăng hiệu quả gia nhiệt, bằng

cách tập trung vùng không gian gia nhiệt lại trong vùng cần gia nhiệt, nhằm tăng nhiệt độ
và phân bố nhiệt đều hơn.

Hình 1.1: Phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí
1.4. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay nhu cầu gia nhiệt cho khuôn ép nhựa là rất cần thiết, việc gia nhiệt cho khn
sẽ góp phần tăng năng suất và chất lƣợng sản phẩm, hỗ trợ máy ép phun hoạt động tốt
hơn.
Do nhiệt độ khn thấp thì lớp nguội của dòng nhựa (Frozen layer) sẽ dày hơn, từ đó,
khả năng chảy của dịng nhựa sẽ bị hạn chế. Đây là một trong những nguyên nhân chủ
yếu làm giảm khả năng điền đầy lịng khn của nhựa. Trong đó, rất nhiều vấn đề về ép
nhƣ: đƣờng hàn, độ bóng bề mặt, ứng suất dƣ, độ co rút có thể trở nên nghiêm trọng khi

3


nhiệt độ khuôn thấp và phân phối nhiệt không đồng đều. Khi nhiệt độ khn cao có thể
giảm bớt hoặc loại bỏ đƣợc rất nhiều các vấn đề về ép.
Hiện nay gia nhiệt cho khn bằng khí nóng là phƣơng pháp phổ biến đã đƣợc nhiều
nƣớc đã và đang nghiên cứu. Hiệu quả gia nhiệt là khá tốt nhƣng chƣa đạt hiệu quả tối
ƣu. Nên tôi đã đã quyết định chọn đề tài “nghiên cứu phân bố nhiệt độ của lịng khn
sau q trình gia nhiệt bằng khí nóng từ ngồi khn” để tăng hiệu quả cho q trình gia
nhiệt.
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Với thực tế là hiện nay, các sản phẩm đƣợc thiết kế và phát triển theo xu hƣớng nhẹ
hơn, nhỏ hơn, mỏng hơn. Do đó, q trình phun ép các sản phẩm dạng này đang đối mặt
với các thử thách lớn nhƣ: yêu cầu về máy ép, kết cấu khuôn, thông số phun ép, vật liệu
nhựa, cũng nhƣ các qui trình phun ép mới…Trong những vấn đề này, hạn chế hiệu tƣợng
dịng nhựa bị mất nhiệt trong q trình chảy vào lịng khn mang ý nghĩa quan trọng
trong q trình phun ép. Nếu trong suốt q trình nhựa điền đầy khn, nhiệt độ khn

có thể duy trì ở giá trị cao hơn nhiệt độ chuyển pha của vật liệu nhựa (glass transition
temperature), q trình phun ép sẽ có những ƣu điểm nhƣ: áp suất cần để phun ép nhựa
đầy lịng khn sẽ giảm, khả năng điền đầy khuôn sẽ tăng hơn, ngoài ra, chất lƣợng sản
phẩm nhựa cũng đƣợc tăng cao.
Nên việc áp dụng thêm các phƣơng pháp gia nhiệt là điều tất yếu. Đặc biệt là phƣơng
pháp gia nhiệt bằng khí nóng, hiện tại đang là 1 trong những phƣơng pháp mang lại hiệu
quả tuyệt vời và đƣợc nhiều nƣớc hiện đang nghiên cứu. Nên việc tôi quyết định thiết kế,
mô phỏng, thử nghiệm các mẫu “cover” để xem ảnh hƣởng của nó đến nhiệt độ cũng nhƣ
phân bố nhiệt độ đến bề mặt lịng khn là rất cần thiết. Ngồi ra trong q trình thí
nghiệm và mơ phỏng ta sẽ kết luận đƣợc các yếu tố nào ảnh hƣởng đến kết quả gia nhiệt
về nhiệt độ và sự phân bố của bề mặt lịng khn. Từ đó ta tiến hành thiết kế 1 mẫu cover
cho 1 sản phẩm thực nghiệm sao cho đạt đƣợc kết quả tốt nhất.
1.6. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
-

Nghiên cứu, thiết kế hình dáng cover ảnh hƣởng đến phân bố nhiệt độ của lịng
khn sau q trình gia nhiệt bằng khí nóng từ ngồi khn

-

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ và phân bố nhiệt khi có cover.

4


1.7. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
Do những điều kiện khách quan cũng nhƣ chủ quan mà đề tài chỉ nghiên cứu trong
phạm vi giới hạn sau:
- Tấm gia nhiệt có kích thƣớc là 50mmx50mmxTmm, nhiệt độ đầu vào là 4000C, thời gian
gia nhiệt là 20 s.

(Với T là chiều dày, R là bán kính)
Bảng 1.1: Các thơng số quy cách cần nghiên cứu của tấm gia nhiệt
Bề mặt lịng khn (mm)

T (mm)

R lõm

R lồi

R (lõm + lồi)

0.5

0;50;75;90

0;50;75;90

0;50;75;90

0.75

0;50;75;90

0;50;75;90

0;50;75;90

1.0

0;50;75;90

0;50;75;90

0;50;75;90

- Đề tài nghiên cứu chủ yếu các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ và phân bố nhiệt nhƣ
khoảng cách phun khí, thể tích chứa khí, số lƣợng và vị trí phân bố lỗ thốt khí trên cover
vng.
1.8. Phƣơng pháp nghiên cứu.
- Nhằm mục đích tìm ra quy luật ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ khoảng cách phun khí,
thể tích chứa khí, số lƣợng và vị trí phân bố lỗ thốt khí trên cover vng. Đề tài sẽ
nghiên cứu các vấn đề sau:
 Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu các lý thuyết về công nghệ ép phun.
 Nghiên cứu phƣơng pháp mô phỏng gia nhiệt trên phần mềm Ansys Workbench
14.0.
 Nghiên cứu phƣơng pháp phân tích: Phân tích những dữ liệu mô phỏng và đƣa ra
kết quả để nhận xét.
- Các bƣớc nghiên cứu:
 Thiết kế các mẫu cover cho phép ta khảo sát các yếu tố trên.
 Mô phỏng trên phần mềm Ansys nhằm dự đốn kết quả thí nghiệm.
 Nghiên cứu kết quả mô phỏng về nhiệt độ và phân bố nhiệt. Nhằm đƣa ra kết luận
về các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ và phân bố nhiệt trong q trình gia nhiệt có
“cover”.
5


Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUY T

2.1. Tổng quan về khuôn ép nhựa
Khuôn là cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau để tạo thành một bộ khn hồn
chỉnh. Sản phẩm đƣợc tạo hình giữa 2 phần khn, khoảng trống giữa 2 phần đó là hình
dạng của sản phẩm cần tạo. [1]
Khn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phƣơng pháp định
hình. Khn đƣợc thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lƣợng chu trình nào đó, có
thể là một lần cũng có thể là nhiều lần.[1]
Khn bao gồm hai phần chính:
-

Phần cavity (khuôn cái, khuôn cố định): đƣợc gá lên tấm cố định của máy ép
nhựa. [1]

-

Phần core (khuôn đực, khuôn di động): đƣợc gá lên tấm di động của máy ép
nhựa. [1]

Hình 2.1: Khn âm và khn dƣơng ở trạng thái đóng.
2.2. Quy trình gia nhiệt bằng khí nóng
Quy trình gia nhiệt bằng khí nóng cho lịng khn nhƣ sau khi cài đặt nhiệt độ cho
rơ le nhiệt, bộ phận điều khiển của Modun sẽ điều khiển cấp điện cho các điện trở đốt
nóng. Các điện trở đốt nóng sẽ nóng lên cung cấp nhiệt cho khối gia nhiệt. Khối gia nhiệt
nóng đạt đƣợc nhiệt độ cài đặt trƣớc, bộ phận điều khiển sẽ tự động ngắt điện các điện trở
đốt nóng. [2]
Nhấn nút star điều khiển xilanh đi xuống vị trí cần gia nhiệt cho khn. Nhấn khóa
mở van của máy nén cung cấp khí cho q trình gia nhiệt. Khí nóng ( sau khi đi vào khối
gia nhiệt) sẽ đƣợc phun trực diện vào lịng khn. Sau khi thực hiện phun khí vào lịng
khn theo đúng thời gian cho trƣớc, xilanh mang khối gia nhiệt sẽ kéo lên vị trí ban đầu

kết thúc chu trình gia nhiệt cho khn. Trong q trình gia nhiệt cho khn, khối gia
6


nhiệt sẽ luôn đạt đƣợc nhiệt độ cài đặt trƣớc nhờ bộ phận tự động điều khiển nhiệt độ của
khối điều khiển. [2]

Hình 2.2: Phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng [2]
Do nhận thấy phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng là một phƣơng pháp mới trong
việc gia nhiệt khn. Nhƣng lại có khá nhiều hạn chế nhƣ hiệu suất gia nhiệt và vùng
phân bố nhiệt chƣa đạt hiệu quả tối ƣu.
Nên thiết kế tấm chắn khí (cover) nhằm mục đích tăng hiệu quả gia nhiệt, bằng
cách tập trung vùng không gian gia nhiệt lại trong vùng cần gia nhiệt, nhằm tăng nhiệt độ
và phân bố nhiệt đều hơn.

7


Chƣơng 3

THI T K COVER PHÙ HỢP VỚI LỊNG KHN CÓ
BỀ MẶT PHỨC TẠP
3.1. Ý tƣởng thiết kế Cover
- Để kiểm chứng ý tƣởng rằng liệu “Tấm chắn khí” gọi tắt là “cover” có đạt hiệu quả tăng
nhiệt độ và mở rộng phân bố vùng nhiệt khi kết hợp với phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí
nóng, đề tài sẽ khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ tấm gia nhiệt có kích thƣớc là
50mmx50mmxTmm, nhiệt độ đầu vào là 4000c, thời gian gia nhiệt là 20 s.
(Với T là chiều dày, R là bán kính)
Bảng 3.1: Các thơng số quy cách cần nghiên cứu của tấm gia nhiệt
T (mm)

Bề mặt lòng khuôn (mm)
R lõm

R lồi

R (lõm + lồi)

0.5

0; 50; 75; 90

0; 50; 75; 90

0; 50; 75; 90

0.75

0; 50; 75; 90

0; 50; 75; 90

0; 50; 75; 90

1.0

0; 50; 75; 90

0; 50; 75; 90

0; 50; 75; 90

- Đề tài nghiên cứu chủ yếu các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ và phân bố nhiệt nhƣ
khoảng cách phun khí, thể tích chứa khí, số lƣợng và vị trí phân bố lỗ thốt khí trên cover
vuông.
- Với thiết kế nhƣ trên sẽ khảo sát đƣợc 3 yếu tố là: Thể tích khí, khoảng cách phun, số lỗ
thốt khí và phân bố lỗ thốt khí, từ đó lấy cơ sở để đƣa ra kết luận về ảnh hƣởng các yếu
tố trên đến nhiệt độ và vùng phân bố nhiệt.
- Ngun lý hoạt động: Khí nóng sẽ đi từ bộ gia nhiệt qua “cover” gia nhiệt cho tấm
insert và thốt ra tại lỗ thốt khí.
3.2. Vật liệu chế tạo Cover
Dùng vật liệu thép
+Ƣu điểm: khá rẻ, dễ tìm mua, cơ tính tốt khi ở nhiệt độ cao.
+Nhƣợc điểm: Do sản phẩm mang tính đơn chiếc nên khó tìm nơi chịu gia cơng.
8


Vì tính chất sử dụng của cover gia nhiệt khơng cần chịu lực cũng nhƣ sự va đập
mạnh, mà chỉ cần vật chiệu đƣợc nhiệt độ cao (khoảng 4000C) và sự dẫn nhiệt kém để
khơng bị thất thốt nhiệt trong quá trình gia nhiệt. Vì vậy ta ƣu tiên chọn vật liệu dễ gia
cơng và chi phí thấp. Nhƣ vậy ta chọn vật liệu là thép.
3.3. Kết cấu lắp ráp
- Phƣơng án lắp ráp đƣợc đề xuất là lắp ráp “cover” gián tiếp với khối gia nhiệt thơng qua
ren. Vì nhƣ vậy sẽ làm cho cơ cấu gia nhiệt khá cứng cáp, và khơng bị thốt khí qua vị trí
lắp khi gia nhiệt. Trục ren đƣợc lắp rời giữa “cover” và khối gia nhiệt để tăng sự linh hoạt
và giảm chi phí.

Hình 3.1: Bản vẽ lắp cover với đầu phun
(1) Cover vuông, (2) Thanh ren
3.4. Các phƣơng án thiết kế cover

Để tìm ra cover tối ƣu nhất, trƣớc tiên tơi lựa chọn tấm gia nhiệt với kích thƣớc nhƣ bảng
3.3 để thử nghiệm
Bảng 3.2: Quy cách tấm gia nhiệt thử nghiệm
Chiều dài (mm)

Chiều rộng(mm) Chiều dày(mm)

50

50

Bán kính(mm)

Bề mặt

50

Lồi

0.5

3.4.1. Phƣơng án 1: Thiết kế cover 50mmx50mm
3.4.1.1. Quy cách 1-a
Bảng 3.3: Quy cách thiết kế cover 1-a
Chiều cao

Chiều cao

khoảng cách

Cover (mm)

khối khí (mm)

phun (mm)

15

3

2
9

Số lƣợng inlet
1

Số lƣợng
outlet
4


Hình 3.2: Bản vẽ Cover quy cách 1-a

3.4.1.2. Quy cách 1-b
Bảng 3.4: Quy cách thiết kế cover 1-b
Chiều cao

Chiều cao

khoảng cách

Cover (mm)

khối khí (mm)

phun (mm)

15

5

2

10

Số lƣợng inlet
1

Số lƣợng
outlet
4


Hình 3.3: Bản vẽ Cover quy cách 1-b
3.4.1.3. Quy cách 1-c
Bảng 3.5: Quy cách thiết kế cover 1-c
Chiều cao

Chiều cao

khoảng cách

Cover (mm)

khối khí (mm)

phun (mm)

20

10

5

11

Số lƣợng inlet
1

Số lƣợng
outlet
4


Hình 3.4: Bản vẽ Cover quy cách 1-c
3.4.2. Phƣơng án 2: Thiết kế cover 54mmx54mm
3.4.2.1. Quy cách 2-a
Bảng 3.6: Quy cách thiết kế cover 2-a
Chiều cao

Chiều cao khối

khoảng cách

Cover (mm)

khí (mm)

phun (mm)

15

3

2

Số lƣợng inlet
1

12

Số lƣợng
outlet
4


Hình 3.5: Bản vẽ Cover quy cách 2-a
3.4.2.2. Quy cách 2-b
Bảng 3.7: Quy cách thiết kế cover 2-b
Chiều cao

Chiều cao

khoảng cách

Cover (mm)

khối khí (mm)

phun (mm)

15

5

2

Số lƣợng inlet
1

13

Số lƣợng
outlet
4