Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phun ép đến độ bền kéo của sản phẩm composite sợi thủ tinh polyme

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Hiện nay, các sản phẩm nhựa từ công nghệ phun ép chiếm rất nhiều trên thị trường.
Yêu cầu về chất lượng của các sản phẩm nhựa cũng được người tiêu dùng quan tâm
hàng đầu. Chất lượng sản phẩm nhựa phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Trong số đó,
các thơng số trong qua trình phun ép ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của sản phẩm.
Đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PHUN ÉP ĐẾN
ĐỘ BỀN KÉO CỦA SẢN PHẨM COMPOSITE SỢI THỦY TINH NỀN
POLYME” được thực hiện tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Nội
dung đề tài tập trung giải quyết các vấn đề:
 Tìm hiểu tổng quan về vật liệu nhựa.
 Tìm hiểu về cơng nghệ ép phun.
 Thiết kế và chế tạo khuôn tạo mẫu thử theo tiêu chuẩn ASTM D638
 Độ bền kéo của vật liệu nhựa.
 Ép mẫu và tiến hành thí nghiệm đo độ bền kéo của mẫu.
Cơng trình nghiên cứu đã xây dựng phương trình thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng
của các thơng số: nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nhựa, áp suất phun tới độ bền kéo của vật
liệu nhựa PA6 + 30% Glass fiber.

Học viên thực hiện

Lê Tiến Thành

iv


ABSTRACT

Nowaday, the plastic products made from injection molding technology taking a lot
on the market. Requirements for the quality of plastic product is concerned more
and more. Plastic product quality depends on many factors. Among them, the
parameters in the process of injection molding directly affect the durability of the

product.
Thesis “STUDY EFFECTS OF INJECTION PARAMETERS TO SPRAY
TENSILE

STRENGTH

OF

GLASS

FIBER

COMPOSITE

PRODUCTS

POLYMERS BACKGROUND” was made at the Ho Chi Minh city University of
Technology and Education. The thesis’s content focus on:
-

Rechearching overview about plastic material.

-

Rechearching overview about Injection molding technology.

-

Designing and manufacturing the mold following ASTM D638 standard.

-

Injecting specimens and testing the tensile of them.

The research has developed experiment equations to evaluate the effects of the
parameters: mold temperature, plastic temperature, injection pressure to tensile of
PA66 + 30% Glass Fiber plastic materials.

Author

Le Tien Thanh

v


MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài ...................................................................................................
Lý lịch cá nhân ............................................................................................................. i
Lời cam đoan ...............................................................................................................ii
Cảm tạ ....................................................................................................................... iii
Tóm tắt ....................................................................................................................... iv
Mục lục ............................................................................................................................................ v

Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................... 1
1.1.

Tổng quan hướng nghiên cứu

1

1.1.1.

Các đề tài nghiên cứu trong nước

1

1.1.2.

Các đề tài nghiên cứu ngồi nước

3

1.2.

Tính cấp thiết của đề tài

4

1.3.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế

5

1.3.1.
1.4.

Ý nghĩa khoa học

5

Mục đích nghiên cứu, khách thể nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu

5

1.4.1.

Mục đích nghiên cứu

5

1.4.2.

Khách thể nghiên cứu

5

1.4.3.

Đối tượng nghiên cứu

6

1.5.

Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài

6

1.5.1.

Nhiệm vụ nghiên cứu

6

1.5.2.

Giới hạn đề tài

6

1.6.

Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................6

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 8
2.1. Giới thiệu công nghệ khuôn phun ép nhựa. ......................................................8
2.2. Giới thiệu Mold Wizard module mới thiết kế khuôn. ....................................12
2.3.

Phương pháp điều khiển nhiệt khn

14

2.3.1.

Điều khiển nhiệt bằng nước, hơi nước, dầu nóng

15

2.3.2.

Điều khiển nhiệt bằng điện trở

15

vi


2.3.3.
2.4.

Điều khiển nhiệt bằng khí

16

Độ bền của vật liệu.

17

2.4.1.

Độ bền uốn của vật liệu

17

2.4.2.

Độ bền kéo

18

2.4.3.

Độ bền mỏi

18

2.4.4.

Độ bền nén

19

2.4.5.

Độ dẻo của vật liệu

19

2.5.

Tiêu chuẩn ASTM D638

20

Chương 3: THIẾT KẾ KHN ............................................................................ 22
3.1.

Quy trình thiết kế khn.

22

3.1.1

Thiết kế sản phẩm

22

3.1.2

Tính tốn độ co rút và bố trí lịng khn

23

3.1.3

Thiết kế chày khuôn, cối khuôn

24

3.1.4

Thiết kế hệ thống phun nhựa

25

3.1.5

Thiết kế hệ thống dẫn hướng và định vị

29

3.1.6

Thiết kế hệ thống đẩy

29

3.1.7

Thiết kế hệ thống chốt hồi

30

3.1.8

Thiết kế hệ thống thoát khí

31

3.1.9

Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ khn

31

3.2.

Tính khả thi của sản phẩm ép nhựa. ............................................................31

3.3.

Phân tích dịng chảy nhựa để kiểm tra và tối ưu hóa sản phẩm. .................32

Chương 4: GIA CƠNG KHN HỒN CHỈNH ............................................... 39
4.1.

Các bộ phận của khuôn................................................................................39

4.2.

Các tấm khuôn. ............................................................................................41

4.2. Các tấm khuôn. ............................................................................................42
4.3.

Các chi tiết khác trong bộ khuôn .................................................................42

4.4.

Khối lượng các tấm khuôn. .........................................................................43

4.5.

Gia công các tấm khuôn. .............................................................................43

4.6.

Gia công gối đỡ. ..........................................................................................44

vii


4.7.

Gia công tấm kẹp dưới ................................................................................46

4.8.

Gia công tấm kẹp trên ..................................................................................47

4.9.

Gia công khuôn cố định ...............................................................................49

4.10.

Gia công khuôn di động ...........................................................................51

4.11.

Gia cơng tấm đẩy......................................................................................53

4.12.

Gia cơng tấm giữ ......................................................................................54

4.13.

Q trình làm nguội. ................................................................................56

4.14.

Đánh bóng bộ khn. ...............................................................................56

4.15.

Khn dương sau khi thiết kế và lắp ráp .................................................58

Chương 5: ÉP MẪU, THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ............................... 61
5.1. Các yếu tố ảnh hưởng ................................................................................... 61
5.2. Thành lập các điều kiện tiến hành thí nghiệm ............................................... 62
5.3. Tính tốn số lượng thí nghiệm ....................................................................... 63
5.4. Quy trình tiến hành thí nghiệm ...................................................................... 64
5.5. Thực hiện thí nghiệm. .................................................................................... 65
5.5.1. Dụng cụ thí nghiệm..................................................................................... 65
5.5.2. Mẫu thí nghiệm ........................................................................................... 66
5.5.3. Điều kiện thí nghiệm .................................................................................. 66
5.5.4. Kết quả thí nghiệm...................................................................................... 66
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ...................................................... 74
6.1. Kết luận

...................................................................................................... 74

6.2. Khuyến nghị ................................................................................................... 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 85
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 86

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Máy ép phun Fanuc RoboShot α-S50iA .........................................9
Hình 2.2: Nguyên lý ép phun ..........................................................................9
Hình 2.3: Kết cấu bộ khn ..........................................................................10
Hình 2.4: Tách khn trên Mold Wizard ......................................................13
Hình 2.5: Lắp ráp khn trên Mold Wizard..................................................13
Hình 2.6: Thiết kế các chi tiết theo tiêu chuẩn.............................................14
Hình 2.7: Điều khiển nhiệt bằng nước nóng .................................................15
Hình 2.8: Điều khiển nhiệt độ khn bằng điện trở ......................................15
Hình 2.9: Máy gia nhiệt nước nóng ..............................................................16
Hình 2.10: Nước được gia nhiệt đưa vào lịng khn ...................................17
Hình 2.11: Nước nóng được đưa vào khn .................................................17
Hình 2.12: Biểu đồ mỏi ................................................................................19
Hình 2.13: Hướng lực nén lên vật liệu ..........................................................19
Hình 2.14. Mẫu thử độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D638. ....................20
Hình 2.15: Mơ hình thử kéo ..........................................................................21
Hình 3.1: Quy trình thiết kế khn ...............................................................22
Hình 3.2: Mối quan hệ giữa bề rộng và bề dày của sản phẩm. .....................22
Hình 3.3: Góc vát thốt khn theo lý thuyết ...............................................23
Hình 3.4: Sản phẩm sau khi tối ưu hóa thiết kế ............................................23

Hình 3.5: Khn âm ......................................................................................24
Hình 3.6: Khn dương ................................................................................24
Hình 3.7: Kết quả phân tích vị trí cổng phun. ...............................................25
Hình 3.8: Kích thước miệng phun .................................................................26
Hình 3.9: Kích thước cuống phun cho thiết kế .............................................27
Hình 3.10: Kích thước bạc cuống phun cho thiết kế.....................................28
Hình 3.11: Bạc dẫn Ø25x30 ..........................................................................29
Hình 3.12: Chốt dẫn hướng Ø25x64 .............................................................29
Hình 3.13: Ty đẩy Ø6x81 ..............................................................................29
Hình 3.14: Chốt hồi Ø14x85 .........................................................................29
Hình 3.15: Ty giật đi keo Ø8x80 ..............................................................29

ix


Hình 3.16 : Tấm đẩy......................................................................................29
Hình 3.17 : Tấm giữ ......................................................................................30
Hình 3.18 : Gối đỡ.........................................................................................30
Hình 3.19. Điều khiển nhiệt độ khn âm. ...................................................31
Hình 3.20. Điều khiển nhiệt độ khn dương. ..............................................31
Hình 3.21. Chọn vật liệu mơ phỏng ..............................................................32
Hình 3.22. Thời gian điền đầy cho bộ sản phẩm là 5.012s. ..........................33
Hình 3.23: Nơi điền đầy cuối cùng ...............................................................34
Hình 3.24: Mơ phỏng áp suất điền đầy .........................................................34
Hình 3.25: Mơ phỏng lỗi đường hàn trên sản phẩm. ....................................35
Hình 3.26: Lỗi bọt khí ...................................................................................36
Hình 3.27: Mơ phỏng sự co rút thể tích ........................................................36
Hình 3.28: Mơ phỏng lực kẹp khn. ...........................................................37
Hình 3.29: Mơ phỏng cong vênh của chi tiết. ...............................................37
Hình 3.30: Mơ phỏng độ đơng đặc của chi tiết. ............................................38

Hình 4.1: Mơ phỏng bộ khn trên unigraphics ...........................................39
Hình 4.2: Kích thước tổng quan của khn ..................................................40
Hình 4.5: Tấm đẩy.........................................................................................41
Hình 4.6: Tấm giữ .........................................................................................41
Hình 4.7: Tấm lịng khn âm ......................................................................41
Hình 4.8: Lịng khn dương ........................................................................41
Hình 4.9: Gối đỡ............................................................................................41
Hình 4.3: Tấm kẹp trên .................................................................................41
Hình 4.4: Tấm kẹp dưới ................................................................................41
Hình 4.10: Bạc cuống phun ...........................................................................42
Hình 4.11: Vịng định vị................................................................................42
Hình 4.12: Lị xo ...........................................................................................42
Hình 4.13: Bạc dẫn Ø16x30 ..........................................................................42
Hình 4.14: Chốt dẫn hướng Ø16x80 .............................................................42
Hình 4.15: Chốt hồi Ø12x84 .........................................................................42
Hình 4.16: Ty đẩy Ø4x80..............................................................................42
Hình 4.17: Ty giật đi keo Ø4x77 ..............................................................42
Hình 4.18: Bulơng M8x28 (tấm đẩy) ............................................................42
Hình 4.19: Bulơng M12x45 (tấm kẹp trên)...................................................42

x


Hình 4.20: Bulong M6 ..................................................................................43
Hình 4.21: Bản vẽ gối đỡ ..............................................................................44
Hình 4.22: Bản vẽ tấm kẹp dưới ...................................................................46
Hình 4.23: Bản vẽ tấm kẹp trên ....................................................................47
Hình 4.24: Bản vẽ khn cố định..................................................................49
Hình 4.25: Bản vẽ khn di động .................................................................51
Hình 4.26: Bản vẽ tấm đẩy............................................................................53

Hình 4.27: Bản vẽ tấm giữ ............................................................................54
Hình 4.28: Dũa kim cương ............................................................................56
Hình 4.29: Dũa nhỏ - móc .............................................................................56
Hình 4.30: Máy khoan tay .............................................................................57
Hình 4.31: Đá mài các loại ............................................................................57
Hình 4.32: Sáp mài ........................................................................................57
Hình 4.33: Giấy nhám ...................................................................................57
Hình 4.34: Hóa chất đánh bóng Metal Polish - AutoSol ...............................57
Hình 4.35: Khn dương ..............................................................................58
Hình 4.36: Khn âm ....................................................................................58
Hình 4.37: Gối đỡ ..........................................................................................59
Hình 4.38: Ti đẩy, trục dẫn hướng, lị xo ......................................................59
Hình 4.39: Vịng định vị, bạc cuống phun ....................................................60
Hinh 4.40: Khn lắp ráp sau khi thiết kế.....................................................60
Hình 5.1: Máy ép nhựa..................................................................................65
Hình 5.2: Máy đo độ bền kéo Instron 3369 ..................................................65
Hình 5.3: Mẫu thí nghiệm. ............................................................................66
Hình 5.4: Máy đo độ bền kéo instron 3369 ...................................................66
Hình 5.5: Thí nghiệm uốn trên máy instron 3369 .........................................66
Hình 5.6: Mẫu kéo sau khi thí nghiệm. .........................................................67
Hình 5.7: Biểu đồ kéo vật liệu nhựa [6] ........................................................67
Hình 5.8: Bản vẽ phần xuất hiện đường hàn .................................................68
Hình 5.9: Biểu đồ giới hạn độ bền kéo theo nhiệt độ khuôn .........................70
Hình 5.10: Biểu đồ giới hạn độ bền kéo theo nhiệt độ nhựa .........................71
Hình 5.11: Biểu đồ giới hạn độ bền kéo theo áp suất phun ..........................72

xi


DANH MỤC CÁC BẢNG

BẢNG

TRANG

Bảng 3. 1: Khối lượng sản phẩm ...................................................................31
Bảng 4. 1: Khối lượng các tấm khuôn ...........................................................43
Bảng 4. 2: Số lượng các tấm khuôn ..............................................................44
Bảng 4. 3: Gia công gối đỡ ............................................................................45
Bảng 4. 4: Phiếu công nghệ gia công gối đỡ .................................................45
Bảng 4. 5: Gia công tấm kẹp dưới .................................................................46
Bảng 4. 6: Phiếu công nghệ gia công tấm kẹp dưới ......................................47
Bảng 4. 7: Gia công tấm kẹp trên ..................................................................48
Bảng 4. 8: Phiếu công nghệ gia công tấm kẹp trên .......................................48
Bảng 4. 9: Gia công khuôn cố định ...............................................................49
Bảng 4. 10: Phiếu công nghệ gia công khuôn cố định ..................................50
Bảng 4. 11: Gia công khuôn di động .............................................................51
Bảng 4. 12: Phiếu công nghệ gia công khuôn di động ..................................52
Bảng 4. 13: Gia công tấm đẩy .......................................................................53
Bảng 4. 14: Phiếu công nghệ gia công tấm đẩy ............................................54
Bảng 4. 15: Gia công tấm giữ........................................................................55
Bảng 4. 16: Phiếu công nghệ gia công tấm giữ .............................................55
Bảng 5. 1: Khoảng khảo sát...........................................................................62
Bảng 5. 2: Các thông số giữ cố định .............................................................63
Bảng 5. 3: Lực kéo phá hoại..........................................................................69
Bảng 5. 4: Kết quả kéo (5 trường hợp đầu) ...................................................69
Bảng 5. 5: Kết quả kéo (5 trường hợp tiếp theo)...........................................69
Bảng 5. 6: Kết quả kéo (5 trường hợp cuối) ..................................................70

xii

Chương 1

TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan hướng nghiên cứu

1.1.1. Các đề tài nghiên cứu trong nước
-

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khn đến q trình giải nhiệt
khơng liên tục của khuôn phun ép nhựa” năm 2014 – Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật TPHCM.

-

Đề tài “Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dài dịng chảy của nhựa lỏng trong
khn phun ép nhựa”.
 Đề tài được thực hiện Th.s Dương Thị Vân Anh – trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật TPHCM. Trong qui trình phun ép nhựa, khi vận hành
máy ép để sản xuất sản phẩm nhựa hàng loạt, việc lựa chọn nhiệt độ 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 chiều dài lớn.
 Với nghiên cứu này, nhóm tác giả sẽ gia nhiệt nước giải nhiệt khn ở
những nhiệt độ nhất định, rồi đưa nước vào hệ thống giải nhiệt khuôn,
làm thay đổi nhiệt độ khuôn, để tìm hiểu và đánh giá mối liên hệ giữa
nhiệt độ khn và chiều dài dịng chảy của nhựa lỏng điền đầy lịng
khn. Sau q trình thí nghiệm, chiều dài sản phẩm sẽ được tiến hành

đo kiểm.
 Qua quá trình nghiên cứu, các kết quả cho thấy nhiệt độ càng cao sẽ
giúp tăng chiều dài dịng chảy. Ngồi ra, với phần mềm mơ phỏng
Moldflow, q trình nhựa nóng chảy vào lịng khn với các giá trị
nhiệt độ khác nhau có thể được dự đốn khá chính xác.

-

Nghiên cứu “Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa tới độ cong vênh
của sản phẩm dạng tấm”

1


 Đề tài được thực hiện bởi Ths. Lê Võ – trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật TpHCM. Trong qua trình ép phun, thơng số nhiệt độ khn và
nhiệt độ phun ảnh hưởng lớn tới độ cong vênh của sản phẩm, đặc biệt là
với các sản phẩm dạng tấm. Với đề tài này, tác giả khảo sát cùng nhiệt
độ khuôn từ 30 – 90oC và vùng nhiệt độ nhựa từ 200 oC tới 280 oC để
đánh giá ảnh hưởng của 2 thông số này.
 Kết quả đề tài chỉ ra rằng: khi tăng nhiệt độ từ 30 – 90 oC, độ cong vênh
của sản phẩm thay đổi không đáng kể, vì thế có thể sử dụng phương
pháp tang nhiệt độ khn cho điền đầy lịng khn. Khi tăng nhiệt độ
nhựa từ 200 – 280 oC, độ cong vênh của sản phẩm thay đổi đáng kể.
chiều dày của sản phẩm có ảnh hưởng lớn đến độ cong vênh của sản
phẩm nhựa dạng tấm. Khi tăng chiều dày từ 1.0 mm đến 2.5 mm, độ
cong vênh đã giảm từ 1.59 mm xuống 0.27 mm.
- Luận văn tốt nghiệp Đại học của nhóm sinh viên Bùi Thanh Tuấn, Vịng Viễn
Giang, Phan Dỗn Lợi, và Trần Văn Dũng với đề tài: “Thiết kế và chế tạo khuôn
ép dùng trong nghiên cứu đường hàn trên sản phẩm nhựa”.

 Trong luận văn này, nhóm nghiên cứu đã bước đầu nâng cao nhiệt độ
của bề mặt khuôn đến 90C và quan sát sự thay đổi của đường hàn,
cũng như hiện tượng tụ khí (air trap) tại đường hàn. Kết quả cho thấy
khi tăng nhiệt độ khn, tính thẩm mỹ của đường hàn được cải thiện,
đường hàn sẽ mờ đi. Tuy nhiên, khi nhiệt độ cao hơn 80C, hilll;ện
tượng tụ khí sẽ xuất hiện cãng rõ hơn.
 Tuy nhiên, đến hiện nay, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn chỉ được
hiểu và thực hiện theo hướng giải nhiệt cho khuôn, với mục tiêu quan
trọng nhất là làm nguội khn trong thời gian ngắn nhất. Ngược lại, q
trình gia nhiệt cho khuôn vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Do đó,
thực trạng của sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ dừng lại ở
nhóm các sản phẩm đơn giản, chất lượng thấp, và chủ yếu tập trung vào
lĩnh vực hàng tiêu dùng. Ngoài ra, khả năng hạn chế các khuyết tật cho

2


sản phẩm nhựa theo phương pháp gia nhiệt cho khuôn vẫn chưa được
xem xét và ứng dụng.
1.1.2. Các đề tài nghiên cứu ngoài nước
-

Đề tài “Influence of injection molding parameters on the electrical resistivity of
polycarbonate filled with multi-walled carbon nanotubes” – năm 2008.
 Đề tài được thực hiện bởi Tobias Villmow, Sven Pegel, Petra Pưtschke.
Nhóm tác giả sử dụng 2 vật liệu polycarbonate với 2% và 5% ống nano
carbon để nghiên cứu tính dẫn điện của 2 sản phẩm bằng cách thay đổi
các thông số: áp suất giữ, vận tốc phun, nhiệt độ khn, nhiệt độ phun
đến tính dẫn điện bề mặt cũng như điện trở suất của 2 vật liệu.
 Kết quả cho thấy yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến điện trở suất của cả

mẫu vật liệu trên là vận tốc phun và nhiệt độ phun. Với mẫu 2% ống
nano carbon có tới 5 vùng có điện trở khác nhau, cịn với mẫu 5% ống
nano carbon có 2 vùng có điện trở suất khác nhau. Quan sát qua kính
hiển vi điện tử, kết quả cho thấy khi vận tốc phun cao và nhiệt độ phun
thấp sẽ giúp ông Nano carbon định hướng tốt hơn dẫn đến tính dẫn điện
cao hơn.

-

Đề tài “The Influence of molding condition on the shrinkage and roundness of
injection molded parts” – năm 2009.
 Đề tài được thực hiện bởi Mustafa Kurt, Yusuf Kaynak, Omer S.
Kamber, Bilcen Mutlu, Barkin Bakir, Ugur Koklu. Trong quá trính
phun ép nhựa, sự co ngót ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản
phẩm. Việc lựa chọn các thông số ép phun hợp lý sẽ giúp giảm thiểu tối
đa nhược điểm này.
 Với nghiên cứu này, nhóm tác giả tiến hành thay đổi các thông số: áp
suất phun, nhiệt độ phun và thời gian làm nguội để đánh giá ảnh hưởng
của các yếu tố này đến độ co ngót và độ trịn của sản phẩm bằng phương
pháp thực nghiệm. Ngồi ra nhóm tác giả cũng đánh giá được mơi quan
hệ giữa ba thông số trên.

3


 Qua quá trình nghiên cứu, các kết quả cho thấy áp suất phun và nhiệt độ
phun là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ co ngót qua đó ảnh hưởng tới
chất lượng sản phẩm.
Kết luận: Qua phân tích tổng quan thấy rằng: chưa có cơng trình nào nghiên cứu
ảnh hưởng của thông số ép phun bao gồm: áp suất phun, nhiệt độ phun và nhiệt độ

khuôn tới độ bền kéo của vật liệu nhựa. Với đề tài nghiên cứu này, tác giả thiết kế,
chế tạo bộ khuôn ép phun mẫu uốn theo tiêu chuẩn ASTM D638, thí nghiệm kéo
lấy số liệu thực nghiệm, xử lý số liệu thực nghiệm và xây dựng biểu đồ thực
nghiệm.
1.2.
-

Tính cấp thiết của đề tài
Những sản phẩm của công nghệ phun ép ngày càng phổ biến hiện nay. Bằng
cách quan sát một cách thơng thường nhất, có thể thấy rằng từ những đồ dùng
đơn giản như dụng cụ học tập của học sinh như thước, bút…, đồ chơi trẻ em
cho đến những đồ dùng phức tạp hơn như bàn, ghế, vỏ tivi, đồng hồ…đều là
sản phẩm của công nghệ phun nhựa. Các sản phẩm này đều đa dạng về màu
sắc, kiểu dáng góp phần làm cho cuộc sống của con người thêm đẹp, tiện nghi
hơn. Điều này cũng đồng nghĩa với việc sản phẩm nhựa mà phần lớn tạo ra
bằng công nghệ phun ép đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc
sống của chúng ta. Khi sự phát triển của công nghệ phun ép càng cao thì yêu
cầu của thị trường về chất lượng sản phẩm ngày càng tốt hơn, đặc biệt phải kể
đến là độ bền kéo của sản phẩm.

-

Trong công nghệ phun ép, các thông số phun ép giữ vai trò rất quan trọng đến
chất lượng của sản phẩm ép ra nhưng các thông số phun ép hiện nay chủ yếu
được ép theo kinh nghiệm để cho ra sản phẩm mà không đánh giá được chất
lượng độ bền của sản phẩm. Để có thể đánh giá được ảnh hưởng của các
thông số phun ép đến độ bền kéo của vật liệu và tăng hiệu quả cho quá trình
phun ép thì cần thiết phải có một cơng trình nghiên cứu cụ thể ảnh hưởng của
các thông số phun ép tới độ bền kéo của vật liệu nhựa.

4


1.3.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế

1.3.1. Ý nghĩa khoa học
-

Sản phẩm của đề tài được dùng cho nghiên cứu độ bền kéo của các vật liệu
khác nhau trong cơng nghệ ép phun.

-

Từ kết quả thí nghiệm, biểu đồ thực nghiệm có thể xây dựng được thơng số
phun ép tối ưu dùng cho ngành phun ép nhựa.

1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
-

Từ biểu đồ thực nghiệm giúp ép ra những sản phẩm có độ bền kéo mong
muốn.

-

Bộ khn ép thiết kế theo tiêu chuẩn Futaba được dùng để chế tạo ra các mẫu
ứng dụng cho nghiên cứu các sản phẩm khác.

1.4.

Mục đích nghiên cứu, khách thể nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu

1.4.1. Mục đích nghiên cứu
-

Hiểu về cơng nghệ phun ép.

-

Nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế khn Futaba.

-

Tìm hiểu tiêu chuẩn ASTM D638 lựa chọn thiết kế mẫu để thí nghiệm.

-

Tìm hiểu độ bền kéo sản phẩm và vật liệu PA66 + 30% Glass Fiber.

-

Thiết kế và gia gia công chế tạo ra bộ khuôn theo tiêu chuẩn Futaba dùng cho
thí nghiệm đo độ bền kéo.

-

Đánh giá ảnh hưởng của các thông số ép phun tới độ bền kéo của vật liệu nhựa
PA6 + 30% sợi thủy tinh (Glass fiber).

-

Đưa ra được biểu đồ thực nghiệm về ảnh hưởng của các thông số phun ép tới
độ bền kéo của vật liệu PA6 + 30% Glass Fiber.

1.4.2. Khách thể nghiên cứu
-

Vật liệu nhựa PA6 + 30% Glass fiber.

-

Các thông số phun ép: áp suất phun, nhiệt độ phun, nhiệt độ nhựa.

5


1.4.3. Đối tượng nghiên cứu
1.5.

Độ bền kéo của vật liệu nhựa PA6 + 30% sợi thủy tinh.
Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài

1.5.1. Nhiệm vụ nghiên cứu
-

Nghiên cứu công nghệ gia công khuôn mẫu và công nghệ phun ép nhựa.

-

Nghiên cứu về tiêu chuẩn Futaba.

-

Phân tích sản phẩm trên phần mềm Moldflow 2014.

-

Nghiên cứu thiết kế bộ khuôn ép nhựa trên module Mold Wizard của phần
mềm Unigraphics.

-

Lập trình gia công bộ khuôn trên phần mềm NX (Unigraphics).

-

Gia nhiệt cho bộ khn bằng máy gia nhiệt nước nóng.

-

Ép sản phẩm trên máy ép nhựa SW – 120B SHINE WELL

-

Thí nghiệm, xử lý số liệu và vẽ biểu đồ thực nghiệm về ảnh hưởng của 3 yếu
tố: áp suất phun, nhiệt độ nhựa, nhiệt độ khuôn tới độ bền kéo của vật liệu PA6
+30% sợi thủy tinh.

1.5.2. Giới hạn đề tài

Đề tài nghiên cứu sẽ tập trung giải quyết những vấn đề sau:
-

Thiết kế chế tao bộ khuôn theo tiêu chuẩn Futaba.

-

Chỉ thí nghiệm trên vật liệu nhựa PA6 + 30% sợi thủy tinh.

-

Chỉ thay đổi các thông số phun ép: áp suất phun, nhiệt độ khuôn, nhiệt độ
nhựa.

1.6.

Sử dụng phương pháp phun ép trực tiếp tạo ra sản phẩm.
Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
-

Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: thu thập các thơng tin có
liên quan đến đề tài và tổng hợp theo từng phần cụ thể.

-

Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

6


 Phương pháp thực nghiệm khoa học: tiến hành các thí nghiệm thực
nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng đến độ bền kéo của vật liệu nhựa.
 Phương pháp giả thuyết khoa học: đặt giả thuyết ảnh hưởng của các
thông số phun ép đến độ bền kéo của PA6 + 30% glass fiber và chứng
minh cho giả thuyết này.

7


Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu công nghệ khuôn phun ép nhựa.
Cơng nghệ ép phun là q trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lịng khn.
Một khi nhựa được làm nguội và đơng cứng lại trong lịng khn thì khuôn được
mở ra và sản phẩm được đẩy ra khỏi khn nhờ hệ thống đẩy, trong q trình này
khơng có bất cứ một phản ứng hóa học nào.
Bằng cách quan sát thơng thường nhất chúng ta có thể thấy có rất nhiều sản
phẩm nhựa xung quanh chúng ta. Từ các sản phẩm đơn giản là dụng cụ học tập như:
thước, bút…đồ chơi cho đến các sản phẩm phức tạp như: bàn ghế, máy tính…đều
được làm bằng nhựa. Các sản phẩm nhựa này đều có màu sắc và hình dạng đa dạng
chúng đã làm cho cuộc sống chúng ta thêm đẹp và tiện nghi hơn. Điều này đồng
nghĩa với việc sản phẩm nhựa mà phần lớn tạo ra bằng công nghệ ép phun đã trở
thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta. Với các tính chất
như: độ dẻo dai, có thể tái chế, khơng có phản ứng hóa học nào với khơng khí ở
điều kiện bình thường…vật liệu nhựa đã đang thay thế dần các loại vật liệu khác
như: sắt, nhôm, gang…Đang ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên. Hiện nay có rất

nhiều loại máy ép phun hiện đại phục vụ cho cơng nghệ ép phun ví dụ: Máy ép
phun Fanuc Roboshot α-S50iA, TM-250G, Máy ép phun WL1680…

8


Hình 2.1: Máy ép phun Fanuc RoboShot α-S50iA
Sản phẩm nhựa đa dạng từ đơn giản đến phức tạp, kích thước lớn nhỏ khác
nhau.
Sản xuất bằng công nghệ ép phun cần có: máy ép phun và khn.
- Ngun lý hoạt động của máy ép phun:

Hình 2.2: Nguyên lý ép phun
Hạt nhựa được chứa trong phễu cấp nhựa, khi trục vít quay sẽ đùn nhựa về phía
trước, đồng thời gia nhiệt cho hạt nhựa chảy dẻo. Khi trục vít chuyển động tịnh
tiến về phía trước, sẽ hình thành áp suất và phun nhựa dẻo vào lịng khn.

9


-

Khn (khn ép nhưa, khn nhựa):

Hình 2.3: Kết cấu bộ khuôn [1]
Tùy thuộc vào yêu cầu sản phẩm mà khuôn có kết cấu đơn giản hay phức
tạp: khn 2 tấm, khn 3 tấm, khn nhiều tầng, khn có hot runner...
- Vật liệu trong công nghệ ép phun.
Vật liệu thường được sử dụng trong công nghệ ép phun là nhựa. Nhựa là sản
phẩm nhân tạo dựa trên cơ sở các polyme hữu cơ. Khi nung nóng nhựa này sẽ chảy

dẻo, dưới áp lực cao chúng tạo thành hình dáng nhất định và giữ ngun hình dạng
đó khi nguội lại.
Có 2 cách phân loại vật liệu nhựa:
 Phân loại theo hiệu ứng nhiệt: có 2 loại
+ Nhựa nhiệt dẻo: khi nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy, nhựa chảy
mềm ra. Khi hạ nhiệt độ thì đơng cứng trở lại. Có khả năng tái sinh.
+ Nhựa nhiệt rắn: khi gia nhiệt thì biến đổi trạng thái, chuyển sang
trạng thái rắn. Khi ngừng gia nhiệt thì khơng về trạng thái đầu.
Khơng tái sinh được.

10


 Phân loại theo ứng dụng:
+ Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng với số lượng lớn,
thông dụng trong các vật dụng hằng ngày: PP, PE, PS, PVC, PET,
ABS,...
+ Nhựa kỹ thuật: loại nhựa có tính chất vượt trội hơn hẳn nhựa thông
dụng, dùng trong các mặt hàng công nghiệp như PC, PA, ...
+ Nhựa chuyên dụng: loại nhựa tổng hợp, chỉ sử dụng trong 1 số ít
trường hợp riêng biệt.
Một số loại nhựa kỹ thuật:
 Nhựa PP (Polypropylene)
+ Độ bền cơ học cao.
+ Trong suốt, khả năng in ấn cao.
+ Dòn ở nhiệt độ thấp, dễ cháy ở nhiệt độ cao, dễ bị tia UV phá hủy.
+ Khả năng ép phun tốt.
+ Khả năng cách điện cực tốt.
+ Dùng trong cơng nghiệp thực phẩm: bao bì 1 lớp, màng phủ ngoài,...
 Nhựa PE (Polyetylene)

+ Màu trắng, mờ.
+ Dễ cháy, dòn ở nhiệt độ thấp.
+ Chống thấm nước, hóa chất.
+ Khả năng chống ăn mịn và độ bền mỏi cao.
+ Dùng làm thùng chứa dung môi, chai lọ,...
 Nhựa PS (Polystyrene)
+ Độ bền cao, chịu va đập kém.
+ Dễ dàng pha màu, độ giãn dài tốt.
+ Nhiệt độ biến dạng thấp, tạo khí màu đen.
+ Sử dụng cho những sản phẩm rẻ tiền, nhựa tái sinh...
+ Dùng làm vỏ, hộp điện, ống,....

11


 Nhựa ABS (Acrylonitrile Butadene Styrene)
+ Độ dai va đập cao ngay cả ở nhiệt độ thấp.
+ Khả năng truyền nhiệt thấp, chịu được nhiệt độ cao.
+ Khả năng chống mài mịn và ăn mịn cao.
+ Tính co ngót thấp, trọng lượng nhẹ.
+ Được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm: vỏ màn hình, xe máy,
cơng tắc, mũ bảo hiểm....
 Nhựa PA
+ Tính chất cơ học tổng hợp tốt.
+ Kháng mài mòn tốt.
+ Nhiệt độ kéo dãn 80 -1400 oC.
+ Chịu được các loại dung môi hữu cơ (xăng, dầu mỡ).
+ Kháng kiềm tốt.
+ Không bền với các tác nhân acid.
+ Có thể cải thiện tính năng của PA bằng các loại độn và sợi gia cường.

+ Các loại PA phổ biển: PA6, PA66, PA46, PA11, PA12...
 PA6 – GF 30% (Polyamide hay Nylon 6,6):
+ Có độ bền và độ cứng cao, là một trong các loại nhựa có nhiệt độ
nóng chảy cao nhất, hấp thụ độ ẩm trong q trình ép phun. Thuỷ tinh
là chất thêm vào thơng dụng nhất để tăng cơ tính vật liệu, ngồi ra còn
thêm các chất đàn hồi như: EPDM, SBR để tăng độ bền. Có độ nhớt
thấp, dễ dàng chảy vào lịng khn, do đó cho phép tạo các vật có thành
mỏng. Độ co rút từ 1% đến 2%. Nhựa PA6 dùng để chế tạo các chi tiết
trong xe hơi, dùng làm vỏ các thiết bị máy móc…
2.2. Giới thiệu Mold Wizard module mới thiết kế khuôn.
-

Mold Wizard là một module của phần mềm Unigraphics dùng để hỗ trợ cho
việc thiết kế khuôn theo tiêu chuẩn. Các chi tiết trong khuôn như ti đẩy, chốt
hồi, co nước, bu lông đều được tiêu chuẩn hóa… Phần mềm tạo lợi thế cho

12


người thiết kế có thể dễ dàng nắm bắt tồn diện về khuôn, ta dễ dàng chỉnh sửa
theo ý muốn của nhà thiết kế.
-

Ở đây có thể dễ dàng điều chỉnh kích thước lịng khn theo độ co ngót của sản
phẩm theo từng loại nhựa.

-

Phần mềm có các lệnh hỗ trợ tạo khuôn như tạo đường phân khuôn, mặt phân
khuôn, dụng cụ bít các lỗ trống, tạo slide, core…

Hình 2.4: Tách khuôn trên Mold Wizard
-

Phần mềm hỗ trợ cho ta việc thiết kế cổng vào nhựa theo tiêu chuẩn có sẵn, có
các loại cổng vào nhựa cho ta chọn để thiết kế như: cổng phun cạnh, dạng quạt,
dạng chốt, kiểu cổng ngầm…

Hình 2.5: Lắp ráp khn trên Mold Wizard.

13


-

Về thiết kế ti đẩy, ta chỉ việc chọn điểm đẩy trên sản phẩm, phần mềm sẽ hỗ
trợ cho việc chọn các ti đẩy theo thông số nhà sản xuất như FUTABA,
HASCO… Sau đó tạo lỗ ty đẩy trên các tấm khn. Ví dụ ty đẩy  4 thì phần
mềm sẽ tự động tạo lỗ  4 ở tấm lòng khn cịn các tấm mà ty đẩy có thể đi
qua như tấm đỡ, tấm giữ thì phần mềm sẽ tạo lỗ lớn hơn  4 một chút để dễ gia
công và có thể dễ dàng lắp ghép các tấm lại, ví dụ ở đây lỗ sẽ là  4.2 .

-

Về chọn các chi tiết như bạc cuống phun, vòng định vị, phần mềm có hỗ trợ
cho các loại bạc cuống phun, vịng định vị của các nhà sản xuất có tiếng trên
thế giới như FUTABA, HASCO…

Hình 2.6: Thiết kế các chi tiết theo tiêu chuẩn
2.3.

-

Phương pháp điều khiển nhiệt khuôn
Hiện tại có 3 phương pháp điều khiển nhiệt cho khn thường được sử dụng:
bằng nước, bằng điện trở, bằng khí.

14


2.3.1. Điều khiển nhiệt bằng nước, hơi nước, dầu nóng
-

Kênh dẫn được khoan quanh lịng khn và lõi khn. Nước nóng, hơi nước,
dầu nóng chảy qua lịng khn để điều khiển nhiệt cho lịng khn và được
điều khiển bằng điện trở nhiệt.

Hình 2.7: Điều khiển nhiệt bằng nước nóng
-

Ưu điểm: nhiệt nóng đều cho lịng khn.

-

Nhược điểm: thời gian gia nhiệt lâu, phải có thiết bị gia nhiệt cho nước.

2.3.2. Điều khiển nhiệt bằng điện trở
-

Trên các lịng khn thiết kế các lỗ để cắm điện trở, khi điện trở được nung
nóng sẽ truyền nhiệt trực tiếp cho lịng khn.

Hình 2.8: Điều khiển nhiệt độ khuôn bằng điện trở
-

Ưu điểm: thiết bị đơn giản, nhiệt nóng đều cho lịng khn.

-

Nhược điểm: thời gian gia nhiệt lâu.

15


2.3.3.
-

Điều khiển nhiệt bằng khí

Nguồn khí được thổi qua một vùng nhiệt độ cực cao trước khi được xịt thẳng
vào lịng khn.

-

Ưu điểm: nhiệt độ khn tăng nhanh.

-

Nhược điểm: nhiệt độ tăng tức thì, khơng đều, khó khăn trong điều khiển.

Kết luận: Với đề tài này, tác giả sử dụng phương pháp điều khiển nhiệt bằng nước

vì nhiệt độ lịng khn sẽ nóng đều phù hợp với thí nghiệm, đồng thời cũng tận
dụng được thiết bị gia nhiệt bằng nước sẵn có.
Bơm nước vào bình bằng máy bơm để gia nhiệt sau khi bơm đầy bình khóa ống
vào nước. Tiến hành gia nhiệt cho nước trong bình thơng qua điện trở trong bình
đạt đến mức nhiệt độ nhất định thì xả van cho nước vào khuôn theo 1 đường ống
và về lại bình theo 1 ống khác. Đến khi cảm biến đo nhiệt độ của khn đạt u
cầu thì dừng.

Hình 2.9: Máy gia nhiệt nước nóng

16