Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương với các thông số khác nhau của kênh giải nhiệt

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

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA TẤM
KHUÔN DƯƠNG VỚI CÁC THÔNG SỐ KHÁC
NHAU CỦA KÊNH GIẢI NHIỆT

MÃ SỐ: T2018-05TĐ

SKC 0 0 6 5 2 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2018


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

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA TẤM KHUÔN DƯƠNG VỚI
CÁC THÔNG SỐ KHÁC NHAU CỦA KÊNH GIẢI NHIỆT
Mã số: T2018-05TĐ

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trần Minh Thế Uyên

TP. HCM, 12/2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ: KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA TẤM KHUÔN DƯƠNG VỚI
CÁC THÔNG SỐ KHÁC NHAU CỦA KÊNH GIẢI NHIỆT
Mã số: T2018-05TĐ

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trần Minh Thế Uyên
Thành viên đề tài: PGS. TS. Đỗ Thành Trung
PGS. TS. Phạm Sơn Minh

TP. HCM, 12/2018


NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Đơn vị công tác và
Họ và tên
Nội dung nghiên cứu cụ thể được giao
lĩnh vực chun mơn
Đỗ Thành Trung
Phịng QL KH&CN
- Phân tích số liệu
Phạm Sơn Minh

Khoa ĐT CLC

- Mơ phỏng phân bố nhiệt độ khuôn


MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... 2
NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ........................III
MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ............................................... 5
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở
trong và ngoài nước ............................................................................................. 5
1.1. Ngoài nước ...................................................................................................... 5
1.2. Trong nước ...................................................................................................... 6
2.

Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 7

3.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 7

4.

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài ............................................................... 7

5.

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 8

6.

Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 8

7. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
TRONG KHN ÉP ............................................................................................... 9
1.1 Hệ thống nhiệt trong khuôn............................................................................. 9
1.2 Yêu cầu chung về hệ thống nhiệt trong khuôn .............................................. 9
1.3 Chất lỏng dùng trong quá trình điều khiển nhiệt........................................ 10
1. 3. 1 Nước ......................................................................................................... 10
1. 3. 2 Dầu............................................................................................................ 10
1.4 Hệ thống điều khiển nhiệt .............................................................................. 10
1.5 Hệ thống kênh dẫn nước ................................................................................ 11
1. 5. 1 Hệ thống kênh dẫn nước trên khuôn dương ............................................. 13
1. 5. 2 Hệ thống kênh dẫn nước trên khn âm................................................... 20
1.6 Bố trí kênh dẫn nước ...................................................................................... 21


1. 6. 1 Bố trí liên tục ............................................................................................ 22
1. 6. 2 Bố trí song song ........................................................................................ 22
1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến chu kỳ làm gia nhiệt và làm nguội .................. 23
1. 7. 1 Hình dạng và kích thước sản phẩm .......................................................... 24
1. 7. 2 Bề dày sản phẩm ....................................................................................... 24
1. 7. 3 Vật liệu nhựa ............................................................................................ 24
1. 7. 4 Kiểu dáng kích thước cổng phun và runner ............................................. 24
1. 7. 5 Vật liệu chế tạo khuôn .............................................................................. 25
1.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ............................................................. 25
1. 8. 1 Kết cấu và vật liệu khuôn ......................................................................... 25

1. 8. 2 Hình dáng hình học và kích thước kênh dẫn nước ................................... 26
1. 8. 3 Số lượng kênh ........................................................................................... 26
1. 8. 4 Lưu lượng nước ........................................................................................ 26
1.9 Ứng dụng mô phỏng CAE vào thiết kế hệ thống nhiệt cho khn ............ 27
CHƯƠNG 2. MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH Q TRÌNH GIA NHIỆT VÀ
LÀM NGUỘI CỦA TẤM KHN DƯƠNG ...................................................... 28
2. 1

Bài tốn phân tích ....................................................................................... 28

2. 2
Mơ phỏng ..................................................................................................... 29
2. 2. 1 Mơ hình mơ phỏng ................................................................................... 29
2. 2. 2 Thông số mô phỏng .................................................................................. 32
2. 3
So sánh và phân tích kết quả mơ phỏng ................................................... 34
2.3. 1 Ảnh hưởng của 2 loại kênh nước ............................................................. 34
2.3. 2 Ảnh hưởng của chiều cao tấm khuôn (h) ................................................. 69
2.3. 3 Ảnh hưởng của vật liệu ............................................................................ 75
2.3. 4 Ảnh hưởng của lưu lượng lưu chất (Mass flow rate) ............................... 82
CHƯƠNG 3. THÍ NGHIỆM VÀ SO SÁNH CÁC KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ... 87
3. 1
Lập trình gia cơng ...................................................................................... 87
3.1. 1 Gia công thân khuôn dương ..................................................................... 87
3.1. 2 Gia công lõi .............................................................................................. 88
3.1. 3 Lắp ráp khuôn ........................................................................................... 90
3. 2
Tiến hành thí nghiệm ................................................................................. 91
3.2. 1 Chuẩn bị .................................................................................................... 91
3.2. 2 Phương pháp thí nghiệm........................................................................... 93

3. 3
So sánh kết quả thí nghiệm và kết quả mô phỏng ................................... 93
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................ 96


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1 Nhiệt độ khuôn cho vật liệu ........................................................................ 5
Bảng 1. 1 Các chất dùng trong hệ thống nhiệt. ........................................................ 10
Bảng 1. 2 Hệ số truyền nhiệt của một số vật liệu. .................................................... 25
Bảng 1. 3 Lưu lượng nước làm nguội kinh nghiệm .................................................. 27
Bảng 2. 1 Thông số vật liệu đưa vào mô phỏng........................................................ 33
Bảng 2. 2 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của vật liệu thép CT3 ...................... 35
Bảng 2. 3 Nhiệt độ khuôn tại mặt cắt A-A tại cuối quá trình gia nhiệt (20s) .......... 39
Bảng 2. 4 Nhiệt độ khuôn tại mặt cắt A-A tại cuối thời điểm giải nhiệt (40 s) ........ 41
Bảng 2. 5 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của vật liệu Nhôm ........................... 46
Bảng 2. 6 Nhiệt độ khuôn tại mặt cắt A-A tại cuối quá trình gia nhiệt (20s) .......... 50
Bảng 2. 7 Nhiệt độ khuôn tại mặt cắt A-A tại cuối quá trình làm nguội (40s) ........ 52
Bảng 2. 8 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của vật liệu Đồng ............................ 57
Bảng 2. 9 Nhiệt độ khuôn tại mặt cắt A-A tại cuối quá trình gia nhiệt (20s) ........... 61
Bảng 2. 10 Nhiệt độ khn tại mặt cắt A-A tại cuối q trình làm nguội (40s) .... 63
Bảng 2. 11 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của vật liệu thép CT3 trường hợp
With
69
Bảng 2. 12 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của vật liệu thép CT3 trường hợp
Without
70
Bảng 2. 13 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của vật liệu Nhôm trường hợp With
71

Bảng 2. 14 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của vật liệu thép Nhôm trường hợp
Without
72
Bảng 2. 15 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của vật liệu Đồng trường hợp With
73
Bảng 2. 16 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của vật liệu Đồng trường hợp
Without
74
Bảng 2. 17 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của trường hợp With ................... 75
Bảng 2. 18 Đồ thị nhiệt độ tại 2 điểm P1 và P2 của trường hợp Without.............. 79
Bảng 2. 19 Đồ thị nhiệt độ tại hai điểm P1 và P2 dưới sự ảnh hưởng của lưu lượng
dịng chảy 82
Bảng 2. 20 Nhiệt độ khn tại mặt cắt A-A tại cuối quá trình gia nhiệt (20s) và
làm nguội (40s) ......................................................................................................... 83
Bảng 3. 1 Các thiết bị sử dụng thí nghiệm ................................................................ 91
Bảng 3. 2 Giá trị nhiệt độ thí nghiệm tại 2 điểm P1 và P2....................................... 93

1


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CAD

:

Computer Aided Design

CAM :

Computer Aided Manufacturing

CFD

:

Computer Fluid Dynamic

MFR

:

Mass Flow Rate

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ: CKM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. HCM, Ngày

tháng

năm

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương với các thông
số khác nhau của kênh giải nhiệt.
- Mã số: T2018-05TĐ
- Chủ nhiệm: Trần Minh Thế Uyên
- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
- Thời gian thực hiện: 12 tháng
2. Mục tiêu:
Đề tài được thực hiện với mục tiêu chính: Cải tiến thông số kênh giải nhiệt cho
khuôn dương nhằm rút ngắn thời gian gia nhiệt và giải nhiệt cho tấm khuôn. Ngồi
ra, thơng qua q trình mơ phỏng, phân bố nhiệt độ của tấm khuôn dương cũng sẽ
được khảo sát với các thiết kế khác nhau của kênh dẫn.
3. Tính mới và sáng tạo:

4. Kết quả nghiên cứu:
Phân bố nhiệt độ của tấm khn dương.
5. Sản phẩm:
Bài báo đăng tạp chí nước ngoài
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp
dụng:
Các bộ khuôn và điều chỉnh nhiệt độ khn sẽ phục vụ cho q trình nghiên
cứu về công nghệ phun ép nhựa cho HVCH và SV ngành Cơng nghệ kỹ thuật Cơ
khí tại trường ĐH SPKT TP.HCM
Trưởng Đơn vị
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)
(ký, họ và tên)

Trần Minh Thế Uyên
3

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: Study on the temperature distribution of core plate during
injection molding process
Code number: T2018-05TĐ
Coordinator: Trần Minh Thế Uyên
Implementing institution: Ho Chi Minh City University Of Technology And
Education
Duration: 12 months
2. Objective(s):
The main objective of this project is to improve the cooling channel
parameters for a core in order to shorten the heating and cooling time of the molds.
In addition, through the simulation process, the temperature distribution of the core
will also be investigated with different designs of the channel.
3. Creativeness and innovativeness:

4. Research results:
Temperature distribution of core plate.
5. Products:
The paper published overseas Journal.
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
Molds and mold temperature control will be used to study the injection molding
technology for graduate and post-graduate students and mechanical engineering
students at Ho Chi Minh City University of Technology and Education.

4

MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở
trong và ngồi nước
1.1. Ngồi nước
Quy trình làm nguội trong một chu kỳ ép phun là giai đoạn đặc biệt quan trọng
để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Bởi vì giai đoạn làm nguội có thể chiếm
đến 80% thời gian 1 chu kỳ ép phun và thường chiếm chi phí đắt nhất. Cho nên thiết
kế hợp lý hệ thống làm nguội sẽ đáp ứng được thời gian làm nguội theo yêu cầu kỹ
thuật và tăng năng suất gia công chế tạo sản phẩm do rút ngắn được thời gian chu
kỳ.

Hình 1. 1 Chu kỳ ép phun
Các sản phẩm nhựa được làm nguội bởi kênh làm nguội thông qua vật liệu
khuôn. Nhiệt được truyền đi thông qua sự trao đổi nhiệt từ nhựa lỏng bên trong sản
phẩm đến các kênh làm nguội, và nhiệt được lấy đi thông qua sự đối lưu nhiệt của
chất làm nguội
Yêu cầu nhiệt độ trên khn:
- Đủ cao để vật liệu có thể điền đầy lịng khn trước khi đơng đặc.
- Đồng điều trên tồn bộ lịng khn trong q trình gia nhiệt và làm nguội.
- Nhiệt độ khuôn ban đầu phù hợp đối với các vật liệu tinh thể để tránh khuyết
tật trên sản phẩm.
Dưới đây là bảng nhiệt độ khn thích hợp theo kinh nghiệm của một số vật
liệu phổ biến.
Bảng 1. 1 Nhiệt độ khuôn cho vật liệu

5


Nhìn chung, với các sản phẩm phun ép yêu cầu chất lượng cao hoặc độ chính

xác về kích thước, phân bố nhiệt độ của lịng khn ln là yếu tố quan trọng,
thường được các cơng ty và các phịng thí nghiệm trên thế giới quan tâm phân tích.
1.2. Trong nước
Hiện nay, các doanh nghiệp Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực nhựa
đã có định hướng về nghiên cứu tối ưu hóa q trình giải nhiệt cho khn phun ép
nhằm giải quyết bài tốn về chi phí sản xuất trong ngành nhựa. Trong quá trình tìm
hiểu, các doanh nghiệp Việt Nam đang trong quá trình khai thác một số phần mềm
chun dùng cho mơ phỏng q trình gia cơng nhựa như: C-Mold, Moldflow,
Moldex3D … Ngồi ra, trong nghiên cứu, đã có một số đề tài tìm hiểu và ứng dụng
công cụ CAD – CAM – CAE được tiến hành như sau:
- Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên NGUYỄN VĂN THÀNH (ĐH
Bách Khoa TP HCM): “Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội
cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD / CAE”. Luận văn này đã đề cập đến
lý thuyết truyền nhiệt và ứng dụng nó trong khn ép phun, nhằm xác định kích
thước và phân bố hệ thống làm nguội, xây dựng được qui trình thiết kế hệ thống
làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD / CAE, áp dụng qui trình này
cho sản phẩm là khn vỏ bình nước nóng.
- Đề tài nghiên cứu khoa học – cơng nghệ, PGS.TS ĐỒN THỊ MINH
TRINH đã thực hiện đề tài: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE, xác định thông
6


số miệng phun, vùng dồn nén khí, kích thước kênh dẫn nhựa, hệ thống giải nhiệt
hợp lý cho khuôn ép phun nhựa” (thuộc chương trình “Nghiên cứu tự động hóa” của
thành phố), thực hiện trong thời gian 9-2003 đến 8-2004, nghiệm thu ngày 30-82004.
Ngày nay các sản phẩm hàng tiêu dùng bằng nhựa trong nước phát triển mạnh,
để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng về số lượng và mẫu mã cũng như sự cạnh
tranh của bên ngồi. Địi hỏi cần phát triển cải tiến công ép phun. Một trong những
giải pháp để nâng cao hiệu quả cho công nghệ này là giảm thời gian chu kỳ ép.
2.

Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, công nghệ ép phun đang là một trong những ngành phát triển nhanh

và mạnh không chỉ riêng ở Việt Nam mà còn cả trên thế giới. Với những sản phẩm
đa dạng về chủng loại nhờ công nghệ này giúp đám ứng nhu cầu của người tiêu
dùng một cách tốt nhất. Hiện nay thời gian và nguyên liệu là ưu tiên hàng đầu trên
toàn thế giới và chính vì lý do đó mà nhóm chọn đề tài này để rút ngắn chu kỳ gia
nhiệt và làm nguội trong tấm khuôn để tăng sản lượng tiết kiệm thời gian.
Với các vấn đề được đặt ra như trên, đề tài “NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT
ĐỘ CỦA TẤM KHUÔN DƯƠNG VỚI CÁC THÔNG SỐ KHÁC NHAU CỦA
KÊNH GIẢI NHIỆT” được thực hiện nhằm giúp cho quá trình nghiên cứu và sản
xuất được thuận lợi và dễ dàng hơn.
3.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Xây dựng cơ sở lý thuyết cho đề tài.
- Tính tốn thiết kế các kích thước cho tấm khuôn trên phần mềm Creo

Parametric.
- Mô phỏng q trình truyền nhiệt của tấm khn trên phần mềm Ansys
Workbench.
- Gia cơng tấm khn với kích thước tối ưu.
4.

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
Đề tài “NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA TẤM KHUÔN DƯƠNG

VỚI CÁC THÔNG SỐ KHÁC NHAU CỦA KÊNH GIẢI NHIỆT” thực hiện

7


nghiên cứu trên đối tượng chính là q trình bơm nước nóng 80 oC vào khn trong
20s và bơm nước lạnh để làm nguội trong 20s tiếp theo sau đó.
Trong khi gia nhiệt và làm nguội thì sử dụng hai cảm biến để đo nhiệt độ và thu
thập số liệu. Các thiết bị sử dụng hỗ trợ đó là máy gia nhiệt, hệ thống van, bộ phận
hiển thị số liệu nhận được từ cảm biến, máy bơm..v.v...
Phương pháp nghiên cứu

5.

Để thực hiện tốt việc nghiên cứu thiết kế tấm khuôn, cần phải dựa trên những
kiến thức cơ bản về gia cơng cơ khí, phần mềm thiết kế, phầm mềm mơ phỏng…
Trong giới hạn cho phép của đề tài, thực hiện nghiên cứu dựa trên ba phương
pháp:
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu, giáo trình.
- Phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp lấy ý kiến giáo viên hướng dẫn, chuyên gia.
Đối tượng nghiên cứu

6.
-

Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng và thử nghiệm quá trình

truyền nhiệt để xem xét hệ thống làm việc với hiệu suất như thế nào.
-

Tính tốn thiết kế và lựa chọn kích thước tối ưu cho tấm khuôn.

Nội dung nghiên cứu

7.

Do đề tài nghiên cứu cịn hạn chế về thời gian cũng như kinh phí, do đó cũng
có những hạn chế nhất định về tính hiệu quả cũng như khả năng làm việc của hệ
thống. Với sự nỗ lực hết mình trong phạm vi khả năng của nhóm, q trình nghiên
cứu, thiết kế và chế tạo đạt được những mặt sau:
-

Thí nghiệm mơ phỏng thu thập số liệu

-

Gia cơng tấm khn với kích thước tối ưu

-

So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm

8


Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ
TRONG KHN ÉP

1.1 Hệ thống nhiệt trong khn
Quy trình làm nguội trong một chu kỳ ép phun là giai đoạn đặc biệt quan trọng

để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Bởi vì giai đoạn làm nguội có thể chiếm
đến 80% thời gian 1 chu kỳ ép phun và thường chiếm chi phí đắt nhất. Cho nên thiết
kế hợp lý hệ thống làm nguội sẽ đáp ứng được thời gian làm nguội theo yêu cầu kỹ
thuật và tăng năng suất gia công chế tạo sản phẩm do rút ngắn được thời gian chu
kỳ.
Mặt khác, các khuyết tật không mong muốn chẳng hạn như các viết lõm, co rút
không đồng đều, ứng suất dư do phân bố nhiệt, biến dạng sản phẩm là do thiết kế hệ
thống làm nguội không hợp lý. Các khuyết tật này có thể được hạn chế hoặc thậm
chí được loại bỏ thơng qua sự sắp xếp các kênh làm nguội hợp lý và phối hợp với
các điều kiện quy trình ép phun tốt nhất.
1.2 Yêu cầu chung về hệ thống nhiệt trong khuôn
Đối với các vật liệu vơ định hình có cấu trúc ngẫu nhiên có thể được làm nguội
nhanh mà không làm thay đổi thuộc thuộc tính của vật liệu. Nhưng đối với vật liệu
có tính chất là mạng tinh thể nếu làm nguội quá nhanh đồng nghĩa với chúng đông
đặc quá nhanh sẽ làm ảnh hưởng đến tính chất của chúng. Kết quả sẽ làm cho sản
phẩm sau khi ép bị cong vênh, sai lệch về kích thước và hình dạng. Để tránh vấn đề
trên thì khi thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn phải sử dụng 2 nguồn nước nhiệt
độ cao để gia nhiệt và nhiệt độ thấp hơn để làm nguội khuôn trong một chu kỳ ép.
Yêu cầu nhiệt độ trên khn:
- Đủ cao để vật liệu có thể điền đầy lịng khn trước khi đơng đặc.
- Đồng điều trên tồn bộ lịng khn trong q trình gia nhiệt và làm nguội.
- Nhiệt độ khuôn ban đầu phù hợp đối với các vật liệu tinh thể để tránh khuyết
tật trên sản phẩm.
Kiểm sốt và điểu khiển nhiệt độ của khn là hết sức cần thiết để đạt được
chất lượng sản phẩm tốt nhất và đồng đều trên tất cả các sản phẩm. Nhìn chung
nhiệt độ khn ảnh hưởng đến bề mặt sản phẩm, thời gian chu kỳ, dung sai, cong
vênh và ứng suất bên trong sản phẩm.
9

1.3 Chất lỏng dùng trong quá trình điều khiển nhiệt
1. 3. 1 Nước
Nước là chất lỏng thường được sử dụng nhất để làm mát khn bởi vì nó có
truyền nhiệt và đặc tính dịng chảy tốt.
Trong thực tế, nước được sử dụng để làm mát khuôn trên phạm vi nhiệt độ từ
50C đến 800C. Nhưng đơi khi có thể được sử dụng ở nhiệt độ cao hơn nhiều, lên đến
2000C, nhưng trong trường hợp này, toàn bộ hệ thống phải chịu được áp lực.
1. 3. 2 Dầu
Đối với những khuôn có nhiệt độ trên 1000C thường sử dụng dầu làm chất làm
nguội. Sử dụng dầu trong trường hợp này có ưu điểm tránh được sự nguy hiểm của
hơi quá nhiệt và khơng làm oxy-hóa các tuyến đường ống kênh làm nguội.
Bảng 1. 1 Các chất dùng trong hệ thống nhiệt.

1.4 Hệ thống điều khiển nhiệt
Nguồn nước nóng trong q trình gia nhiệt sẽ được chứa ở bồn nước nóng. Tại
đó sẽ có hệ thống (máy) làm nóng nguồn nước. Có thể điều chỉnh nhiệt độ nước và
lưu lượng nước ở đầu ra. Nguồn nước nhiệt độ thấp hơn trong quá trình làm nguội
có thể lấy trực tiếp từ mơi trường hoặc ở bồn nước của các máy làm lạnh. Một công
việc cũng không kém phần quan trọng là điều khiển hướng chảy của 2 dòng nước
vào hệ thống làm nguội của khn. Vì khơng thể để 2 dịng này chảy trực tiếp song
song vào khuôn được. Trong thực tế công việc này được 1 van điện từ đảm nhận.
Chúng được cài đặt thời gian để chuyển hướng dòng chảy.

10


Hình 1. 2 Sơ đồ hệ thống gia-giải nhiệt trong khuôn phun ép.
A: Bể chứa (Collection manifold)
B: Khuôn (Mold)
C: Ống phân phối nước hoặc hỗn hợp làm nguội (Supply manifold)

D: Bơm (Pump)
E: Kênh làm nguội (Regular Cooling Channels)
F: Ống dẫn (hoses)
G: Vách làm nguội (Baffles)
H: Bộ điều khiển nhiệt (Temperature controller)

Hình 1. 3 Thiết bị dẫn nước vào và ra khuôn
1.5 Hệ thống kênh dẫn nước
Thông thường phương pháp cung cấp chất lỏng làm mát cho khuôn đơn giản
nhất là khoan lỗ trong các tấm khn xung quanh các lịng khn. Hình 1.4 là hệ
thống cơ bản nhất bao gồm hai lỗ khoan chạy song song với mặt dài nhất của một
khn hình chữ nhật. Hệ thống này chỉ làm nguội 2 phía của sản phẩm, các phía cịn

11


lại không được làm nguội. Hệ thống không hiệu quả và tồn tại nhiều khuyết điểm
như làm nguội không đều, tốn nhiều thời gian.

Hình 1. 4 Hệ thống nhiệt cơ bản gồm 2 đường song song
Hình 1.5 và Hình 1.6 có hiệu quả làm nguội tăng lên khi làm nguội được bốn
phía của sản phẩm.

Hình 1. 5 Hệ thống nhiệt cơ bản bao quanh sản phẩm hình chữ nhật.

Hình 1. 6 Hệ thống nhiệt cơ bản bao quanh sản phẩm hình trịn xoay.
Việc xác định vị trí, số lượng và kích thước của các kênh dẫn là hết sức quan
trọng. Nếu các kênh đặt quá xa nhau, thì nhiệt độ trên khuôn không đều. nhiệt độ
trong khuôn không được hấp thu vào kênh dẫn nước tốt. Nếu các kênh đặt quá gần
nhau, làm cho độ bền của tấm khuôn giảm. Nếu các kênh quá gần với bề mặt lòng

12


khuôn, làm cho bề mặt sản phẩm ở những nơi đó sần sùi, mặt khác việc kiểm sốt
nhiệt độ khn càng trở nên khó khăn. Dưới đây là bảng kích thước tối ưu theo kinh
nghiệm được sử dụng trong thiết kế kênh làm nguội cho khn:

Hình 1. 7 Kích thước thiết kế kênh dẫn nước
1. 5. 1

Hệ thống kênh dẫn nước trên khuôn dương

Hệ thống kênh dẫn nước trên khuôn dương có rất nhiều dạng, dưới đây là
những dạng thường được sử dụng trong thực tế:
a. Hệ thống vách phẳng và vách xoắn làm nguội (Baffle)
Tấm khuôn dương sẽ được khoan các lỗ sâu vào lịng.Sau đó dùng các vách
phẳng chia các lỗ khoan đó thành 2 phần nó sẽ giúp chất làm nguội chạy lên xuống
bên trong các lỗ khoan giúp quá trình làm nguội diễn ra nhanh hơn. Với vách xoắn,
dòng chảy bên trong là dòng chảy rối nên hiệu quả làm nguội tốt hơn vách phẳng.
Yêu cầu của hệ thống này là đảm bảo dịng chảy khơng bị hạn chế, diện tích mặt
cắt ngang của 2 bên vách ngăn tương đương với diện tích kênh nước chính. Có thể
sử dụng nhiều vách ngăn nếu lõi của tấm khuôn dương quá lớn. Nhưng không làm
quá 4 vách ngăn để tránh sự gia tăng không mong muốn trong nhiệt độ chất lỏng.

13


Hình 1. 8 Hệ thống vách phẳng (Baffle)

Hình 1. 9 Hệ thống vách xoắn (Baffle)

b. Hệ thống vòi phun (Fountain)
Thiết kế kiểu vịi phun có hiệu quả hơn các hệ thống vách ngăn bởi vì các mạch
làm mát thường là song song khơng nối tiếp nhau vì nhiệt độ trên khuôn đồng đều
hơn. Kết cấu của hệ thống này khá phức tạp và hao tốn vật liệu, một ống nước dẫn
nước từ kênh nước ở tấm khuôn và phun vào lỗ của lõi khuôn dương. Từ đây, nước
dẫn ngược lại vào tấm khn và ra ngồi. Đối với những tấm khn dương có kích
thước lớn có thể kết hợp sử dụng nhiều vòi phun song song nhau.

14


Hình 1. 10 Hệ thống có 1 vịi phun trên khn.

Hình 1. 11 Hệ thống có nhiều vịi phun trên khuôn.
c. Hệ thống lỗ nghiêng
Phương pháp này là khoan lỗ nghiêng trong tấm khuôn dương để chúng cắt nhau
tạo ra một đường dẫn cho các chất lỏng làm nguội chảy qua. Những lỗ này đa số là
lỗ sâu nên gặp nhiều khó khăn khi gia cơng như :
- Khó tạo phơi khi cắt và khó thốt phơi ra khỏi vùng cắt.
- Khó bơi trơn và làm nguội dụng cụ cắt.
- Khó bảo đảm độ cứng vững,tránh rung động của hệ thống cơng nghệ nên khó
bảo đảm độ thẳng theo u cầu và vị trí đúng đắn của tâm lỗ gia cơng.
- Khó theo dõi kiểm tra chất lượng bề mặt gia công và sự làm việc của dụng
cụ, đặc biệt là bảo đảm độ bền mòn của dụng cụ cắt trong suốt quá trình làm việc.
15


Trong thực tế chiều dài của các lỗ được giới hạn tối đa là khoảng 150 mm để
đảm bảo độ chính xác về kích thước.

Hình 1. 12 Hệ thống có 2 lỗ nghiêng.

Hình 1. 13 Hệ thống có nhiều lỗ nghiêng kết hợp.
Trong thức tế có thể gặp một dạng đặc biệt của lỗ nghiêng còn gọi là lỗ bậc. Hệ
thống này có ưu điểm dễ gia cơng hơn so với các hệ thống trên. Nhưng yêu cầu các
nút chặn phải bịt kín các đầu lỗ để tránh rị rỉ nước trong hệ thống làm nguội chảy
ra. Đồng thời chúng phải được gia cơng chính xác để khi lắp vào lõi khn đảm bảo
lõi khn có hình dạng như ban đầu.

16


Hình 1. 14 Hệ thống lỗ bậc trên khn
d. Hệ thống xoắn ốc
Đối với lõi khn dương hình trụ đường kính lớn hơn 50 mm, hệ thống làm
nguội xoắn ốc sẽ cung cấp đồng đều hơn và hiệu quả làm nguội cho phép kiểm sốt
nhiệt độ tốt hơn. Có thể thiết kế theo đúng hình dạng của lõi khn. Hệ thống xoắn
ốc thường được thiết kế côn theo lõi của khuôn, làm cho hiệu quả làm nguội tốt
hơn. Khi thiết kế chú ý đặt các vòng đệm cao su để tránh việc rị rỉ nước làm nguội.

Hình 1. 15 Hệ thống xoắn ốc trên khuôn
e. Chốt làm nguội
Đối với những lõi khn dương q nhỏ có thể dùng khí để làm nguội hoặc
dùng chốt bằng đồng hay đồng-berry (vì tính dẫn nhiệt tốt).

17


Hình 1. 16 Lõi làm nguội bằng khơng khí.
Đối với những chốt lớn hơn (d ≥ 40mm) có thể dùng ống dẫn nhiệt từ chốt

xuống kênh làm nguội để làm nguội.

Hình 1. 17 Chốt làm nguội bằng nước.

Hình 1. 18 Nguyên lý hoạt động.
18