(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu phân bố áp suất dòng chảy trong khuôn ép nhựa với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM HỒNG THẾ

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ ÁP SUẤT DỊNG CHẢY TRONG
KHN ÉP NHỰA VỚI PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT
BẰNG KHÍ NĨNG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103

SKC006009

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM HỒNG THẾ

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ ÁP SUẤT DỊNG CHẢY TRONG
KHN ÉP NHỰA VỚI PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG
KHÍ NĨNG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS ĐỖ THÀNH TRUNG
TH.S TRẦN MINH THẾ UYÊN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2017


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Phạm Hồng Thế

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 30/11/1985

Nơi sinh: Bình Định

Quê quán: Phổ Khánh, Đức Phổ, Quảng Ngãi

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 26 Nguyễn Cơng Trứ, P. Lý Thường Kiệt,
Quy Nhơn, Bình Định
Di động: 01285843504
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 05/09/2003 đến 20/7/2005

Nơi học: Trường Công nhân kỹ thuật Quy Nhơn
Ngành học: Cơ khí tổng hợp
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Vừa học vừa làm

Thời gian đào tạo từ 11/2006 đến 11/2010

Nơi học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ khí chế tạo máy
3. Thạc sỹ:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 10/2015 đến 04/2017

Nơi học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ thuật cơ khí
Tên luận văn: Nghiên cứu phân bố áp suất dịng chảy trong khn ép nhựa với
phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 22/04/2017 tại Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.
Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Thành Trung, Th.s Trần Minh Thế Uyên.

i


4.Trình độ ngoại ngữ: Chứng chỉ Anh văn B1 (Khung Châu Âu)
BI. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC:
Thời gian

2011 - nay

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, Thứ Sáu, 26 Tháng Tư
2019.
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

iii


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy PGS. TS Đỗ Thành Trung, thầy TS Phạm
Sơn Minh cùng thầy Th.S Trần Minh Thế Uyên – là những người thầy đã nhiệt tình,
tận tâm giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu khoa học. Các thầy đã
giúp tơi đặt nền móng trong q trình xây dựng đề cương và các thầy đã hướng dẫn
tôi giải quyết các vấn đề một cách tỉ mỉ cho đến khi hoàn thành luận văn này. Ngoài
ra, tác giả xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến:
-

Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM.

-

Quý thầy cô Khoa Chế tạo máy - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

Tp. Hồ Chí Minh.

-

Phịng Đào tạo - Sau Đại học và các phòng khoa trong trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.

-

Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp cùng các bạn học viên Cao học,
chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí khóa 2015B – Trường ĐH Sư phạm
Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

Đã ln nhiệt tình giúp đỡ, dành những lời động viên mạnh mẽ, cùng với
những lời khun bổ ích để giúp tác giả có thể hồn thành tốt luận văn thạc sỹ của
mình. Xin trân trọng cảm ơn.
Tp.Hồ Chí Minh, Thứ Sáu, 26 Tháng Tư 2019.
Học viên thực hiện luận văn

Phạm Hoàng Thế

iv


TĨM TẮT
Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về sự ảnh hưởng
của nhiệt độ lịng khn đối với cơ tính của vật liệu và độ bền kéo của sản phẩm
trong lĩnh vực phun ép nhựa. Tuy nhiên những nghiên cứu về phân tích, mơ phỏng
sự ảnh hưởng của nhiệt độ tấm khuôn đến sự phân bố áp suất trong khn và tìm ra
mối liên hệ mật thiết giữa nhiệt độ lịng khn và sự phân bố áp suất hiện tại chưa

nhiều. Do đó, đề tài “nghiên cứu phân bố áp suất dòng chảy trong khuôn ép nhựa
với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng” là cần thiết.
Trong nghiên cứu này, nhiệt độ khuôn ảnh hưởng đến sự phân bố áp suất của
dịng chảy trong khn được nghiên cứu (phân tích, đánh giá) bằng phần mềm
Moldex3D. Hai loại mẫu thí nghiệm với các điều kiện nhiệt độ, thành mỏng khác
nhau và vật liệu khác nhau được mô phỏng để đánh giá sự ảnh hưởng của nhiệt đơ
đến sự phấn bố áp suất. Trong đó mẫu một và hai được chọn ở mức nhiệt độ, các
o

o

loại thành mỏng và vật liệu lần lượt là: 30 ÷ 150 C và 30 ÷ 180 C; 0,2 , 0,4 , 0,6
mm và 0,4 , 0,6 , 0,8 mm; ABS, PP và PA6, PA6 - GF30%. Ngồi q trình mơ
phỏng, các mẫu trên cũng được tiến hành thực nghiệm và so sánh với q trình mơ
phỏng nhằm kiểm tra độ tin cậy và chính xác từ kết q mơ phỏng. Kết quả chỉ ra
rằng:
 Kết quả thu được từ quá trình thực nghiệm và mô phỏng đạt sự tương đồng

tốt. Với phần mềm Moldex3D, chiều dài dịng chảy và q trình phân bố áp
suất với các nhiệt độ khuôn khác nhau được dự đốn khá chính xác.
 Khi nhiệt độ khn càng cao thì chiều dài mẫu thí nghiệm càng tăng.
 Khi nhiệt độ khn càng tăng thì sự phân bố áp suất càng duy trì ổn định

v


ABSTRACT
Nowadays, in the world there are many researches about effect of mold
temperature to mechanical properly, tensile strength of product in injection molding
production. However, in the mean time there are only few researches about analysis,

simulate the effect of mold temperature to the pressure distribution inside the mold
and find out the relationship between mold temperature and the pressure
distribution. Hence, the study “research the pressure distribution inside injection
molding by the gas-assisted preheating method” is necessary.
In this study, mold temperature influenced the pressure distribution in
the cavity was investigated (analyzed, evaluated) by Moldex3D software. Two types
of experimental specimens with different temperature conditions, thin walls and
different materials were simulated to evaluate the influence of mold temperature to
the pressure distribution. In each specimen one and two are selected at the
temperature level, the thin wall and materials are 30 ÷ 150 oC and 30 ÷ 180 oC; 0.2,
0.4, 0.6 mm and 0.4, 0.6, 0.8 mm; ABS, PP and PA6, PA6 - GF30%., respectively.
In addition to the simulations, the specimens were also experimented and compared
to the simulation process to verify the reliability and accuracy of the simulation
results. The results indicate that:
 The results obtained from the experiment and simulations achieve good

agreement. With Moldex3D software, the melt flow length and pressure
distribution with different mold temperatures are predicted to be quite
accurate.
 When the mold temperature is high, the length of the specimen increases.


As the mold temperature increases, the pressure distribution remains stable.

vi


MỤC LỤC
Lý lịch khoa học ...........................................................................................................
Lời cảm ơn .................................................................................................................

Tóm tắt ........................................................................................................................
Mục lục ......................................................................................................................
Danh sách các chữ viết tắt ...........................................................................................
Danh sách các bảng ....................................................................................................
Danh sách các hình ảnh .............................................................................................
Chương 1. TỔNG QUAN .........................................................................................

1.1Tổng quan chung ..........................................................

1.1.1Phương pháp gia nhiệt c

1.1.2Các khuyết tật trong sản

1.2Đặt vấn đề .....................................................................

1.3Tình hình nghiên cứu ....................................................

1.3.1Tình hình ngồi nước ..

1.3.2Tình hình trong nước ...

1.4Tính cấp thiết của đề tài ................................................

1.5Mục đích nghiên cứu ....................................................

1.6Nhiệm vụ và giới hạn đề tài..........................................

1.6.1Nhiệm vụ đề tài ............

1.6.2Giới hạn đề tài .............

1.7Phương pháp nghiên cứu ..............................................
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................

2.1Tổng quan về khuôn ép nhựa [10] ..............................

2.1.1Khái niệm chung về kh

2.1.2Kết cấu chung 1 bộ khu
2.2Giới thiệu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép

2.2.1Khái quát về phương p

vii


2.2.2Sơ đồ nguyên lý gia nhiệt

2.3Giới thiệu phần mềm Moldex3D ................................

2.3.1Ưu điểm & nhược điểm. .

2.3.2Mức độ chính xác trong v
2.4Tổng quan về vật liệu nhựa sử dụng trong công nghệ

2.4.1Polymer ...........................

2.4.2Phân loại ..........................

2.4.3Nhựa sử dụng làm thí ngh

2.5Lý thuyết truyền nhiệt [11] .........................................
2.5.1Các phương thức trao đổi

2.5.2Dẫn nhiệt .........................

2.5.3Trao đổi nhiệt đối lưu ......
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ MƠ PHỎNG .........................

3.1Mơ hình thí nghiệm .....................................................

3.1.1Mẫu thí nghiệm 1 ............

3.1.2Mẫu thí nghiệm 2 ............

3.2Phân tích áp suất trên phần mềm Moldex3D ..............

3.2.1Các bước thực hiện .........

3.3Mơ hình Modun gia nhiệt cho khuôn ..........................

3.3.1Nhiệm vụ: ........................

3.3.2Cấu tạo Modun gia nhiệt .
3.3.3Nguyên lý hoạt động của

3.4Thí nghiệm ..................................................................

3.4.1Thí nghiệm gia nhiệt và đ

3.4.2Thí nghiệm ép nhựa ........
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH ...............................................................

4.1Phân tích và đánh giá mẫu thí nghiệm 1 .....................

4.1.1Mô phỏng và thực nghiệm

4.1.2Vật liệu nhựa PP ..............

viii


4.1.3Vật liệu nhựa ABS ..........

4.1.4So sánh giữa kết quả thu đ

4.2Phân tích và đánh giá mẫu thí nghiệm 2 .....................

4.2.1Mơ phỏng và thực nghiệm

4.2.2Vật liệu nhựa PA 6 ..........

4.2.3Vật liệu nhựa: PA 6 + 30 %

4.2.4Độ bền kéo của mẫu thí n
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..........................................

5.1Kết quả đạt được:.........................................................

5.2Hướng phát triển của đề tài. ........................................

5.3Ý nghĩa thực tiễn .........................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................
PHỤ LỤC .................................................................................................................

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CAE

Computer Aided Engineering

PP:

Polypropylene

ABS:

Acrylonitrin Butadien Styren

PTFE:

Polytetraflouroethylene

PE:

Polyethylene

PVC:

Polyvinylclorua

PS:

Poly Styrene

PF:

Phenol-Formaldehyt

PU:

Polyurethane

PC:

Polycarbonate

PA:

Poly Amid

PPO:

Polyphenyleneoxide

PA6:

Polyamide 6

LDPE:

Low Density Poli Etilen

HDPE:

Hight Density Poli Etilen

MDPE:

Medium Density Poli Etilen

PBT:

Polybutylene Terephalate

PET:

Poly Ethylene Terephthalate

POM:

Poly Oxymethylene – Acetal

Q:

Nhiệt lượng

λ:

Hệ số dẫn nhiệt

F:

Diện tích bề mặt vng góc với phương dẫn nhiệt

τ:

Thời gian

tT:

Nhiệt độ của vật thể

tL:

Nhiệt độ của lưu chất (chất lỏng hoặc khí)

α:

Hệ số cấp nhiệt (hệ số tỷ lệ)

dF:

Diện tích

dτ:

Thời gian

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 3.1: Thông số ép nhựa................................................................................... 26
Bảng 3.2: Số phần tử và số nút lưới của hai mơ hình với chiều dày khác nhau......31
Bảng 3.3: Thơng số thuộc tính các vật liệu nhựa.................................................... 33
Bảng 3.4: Thơng số kỹ thuật của máy nén khí thí nghiệm...................................... 36
Bảng 4.1: Kết quả mô phỏng nhựa PP chiều dày 0,2 mm....................................... 43
Bảng 4.2: Kết quả ép nhựa PP chiều dày 0,2 mm................................................... 44
Bảng 4.3: Kết quả mô phỏng nhựa PP chiều dày 0,4 mm....................................... 45
Bảng 4.4: Kết quả ép nhựa PP chiều dày 0,4 mm................................................... 46
Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng nhựa PP chiều dày 0,6 mm....................................... 47
Bảng 4.6: Kết quả ép nhựa PP chiều dày 0,6 mm................................................... 48
Bảng 4.7: Kết quả mô phỏng nhựa ABS chiều dày 0,2 mm.................................... 50
Bảng 4.8: Kết quả ép nhựa ABS chiều dày 0,2 mm................................................ 50
Bảng 4.9: Kết quả mô phỏng nhựa ABS chiều dày 0,4 mm.................................... 52
Bảng 4.10: Kết quả ép nhựa ABS chiều dày 0,4 mm.............................................. 52
Bảng 4.11: Kết quả mô phỏng nhựa ABS chiều dày 0,6 mm.................................. 54
Bảng 4.12: Kết quả ép nhựa ABS chiều dày 0,6 mm.............................................. 54
Bảng 4.13: Tổng hợp số liệu chiều dài mẫu giữa thí nghiệm thực tế và mô phỏng . 56

Bảng 4.14: Áp suất của chi tiết nhựa PA6 có chiều dày lưới 0,4 mm.....................68
Bảng 4.15: Áp suất của chi tiết nhựa PA6 có chiều dày lưới 0,6 mm.....................71
Bảng 4.16: Áp suất của chi tiết nhựa PA6 có chiều dày lưới 0,8 mm.....................74

Bảng 4.17: Áp suất của chi tiết nhựa PA6GF30% có chiều dày lưới 0,4 mm.........77
Bảng 4.18: Áp suất của chi tiết nhựa PA6GF30% có chiều dày lưới 0,6 mm.........80
Bảng 4.19: Áp suất của chi tiết nhựa PA6GF30% có chiều dày lưới 0,8 mm.........83
Bảng 4.20: Độ bền kéo tương ứng cho các chiều dày và các mức nhiệt độ lịng
khn đã khảo sát sử dụng nhựa PA 6.................................................. 85
Bảng 4.21: Độ bền kéo tương ứng cho các chiều dày và các mức nhiệt độ lịng
khn đã khảo sát sử dụng nhựa PA 6 + 30 % sợi thủy tinh................85

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Phương pháp gia nhiệt bằng khí............................................................... 1
Hình 1.2: Những khuyết tật thường gặp trong phun ép nhựa.................................... 2
Hình 1.3: Sản phẩm nhựa có thành mỏng................................................................. 3
Hình 1.4: So sánh thời gian một chu kỳ gia/giải nhiệt bằng khí...............................4
Hình 1.5: So sánh các thay đổi nhiệt độ do gia nhiệt bằng khí và nước nóng (một
chu kỳ nóng/ làm mát)............................................................................. 5
Hình 1.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ khn đến khả năng điền đầy lịng khn.........6
Hình 1.7: So sánh khối lượng mẫu giữa mô phỏng và thí nghiệmError! Bookmark
not defined.
Hình 2.1: Khn âm và khn dương ở trạng thái đóng........................................ 10
Hình 2.2: Kết cấu chung của một bộ khn........................................................... 12
Hình 2.3: Bộ phận gia nhiệt.................................................................................... 13
Hình 2.4: Tấm dưới................................................................................................ 13

Hình 2.5: Tấm trung gian....................................................................................... 13
Hình 2.6: Tấm trên.................................................................................................. 14
Hình 2.7: Vị trí của khn trong q trình gia nhiệt............................................... 14
Hình 2.8: Một số hình ảnh so sánh kết quả mơ phỏng trên Moldex3D và thực
nghiệm................................................................................................... 16
Hình 2.9: Nguyên lý dẫn nhiệt............................................................................... 23
Hình 2.10: Tỏa nhiệt đối lưu.................................................................................. 24
Hình 2.11: a: Truyền nhiệt đối lưu tự nhiên, b: Truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức .. 24
Hình 3.1: Mơ hình 3D của sản phẩm mẫu 1........................................................... 26
Hình 3.2: Kích thước mẫu thí nghiệm 2................................................................. 27
Hình 3.3: Mơ hình 3D dạng khung dây của sản phẩm............................................ 27
Hình 3.4: Lưu đồ thực hiện q trình mơ phỏng.................................................... 28

xii


Hình 3.5: Lưu đồ các bước thực hiện trên mơ đun Moldex3D Designer................29
Hình 3.6: Mặt cắt thể hiện vùng được chia lưới bên trong mơ hình.......................30
Hình 3.7: Số lớp và kích thước lưới được chia theo phương pháp BLM................31
Hình 3.8: Lưu đồ các bước thực hiện trên mô đun Moldex3D Project...................32
Hình 3.9: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích – nhiệt độ (PVT) của nhựa PP .. 33

Hình 3.10: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa ABS
34
Hình 3.11: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa PA6
34
Hình 3.12: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa
PA6GF30%............................................................................................ 35
Hình 3.13: Kết quả phân tích trên mơ đun Moldex3D Project...............................35
Hình 3.14: Bộ phận gia nhiệt.................................................................................. 37

Hình 3.15: Điện trở đốt nóng cơng suất 200 W...................................................... 37
Hình 3.16: Bộ phận điều khiển............................................................................... 38
Hình 3.17: Máy ép nhựa dùng trong thí nghiệm..................................................... 39
Hình 3.18: Thiết bị đo nhiệt độ bằng dây cảm biến................................................ 39
Hình 4.1: Kết quả mơ phỏng chiều dài dịng chảy nhựa với chiều dày dịng chảy 0,2
mm và nhiệt độ khn thay đổi từ 30 ºC đến 150 ºC.............................43
Hình 4.2: Chiều dài dịng chảy nhựa với chiều dày 0,2 mm và nhiệt độ khuôn thay
°

đổi từ 30 C đến 150 °C......................................................................... 44
Hình 4.3: Kết quả mơ phỏng chiều dài dịng chảy nhựa với chiều dày dịng chảy 0,4
0

0

mm và nhiệt độ khn thay đổi từ 30 C đến 150 C............................45
Hình 4.4: Chiều dài dịng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,4 mm và nhiệt độ
0

khuôn thay đổi từ 30 C đến 150 ºC...................................................... 46
Hình 4.5: Kết quả mơ phỏng chiều dài dịng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,6
0

0

mm và nhiệt độ khn thay đổi từ 30 C đến 150 C............................47
Hình 4.6: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,6 mm và nhiệt độ
khuôn thay đổi từ 30 ºC đến 150 ºC....................................................... 48

xiii

Hình 4.7: Kết quả mơ phỏng chiều dài dịng chảy nhựa ABS với chiều dày dòng
chảy 0,2 mm và nhiệt độ khn thay đổi từ 30 ºC đến 150 ºC...............49
Hình 4.8: Chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,2 mm và nhiệt độ
khuôn thay đổi từ 30 ºC đến 150 ºC....................................................... 51
Hình 4.9: Kết quả mơ phỏng chiều dài dòng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,4
mm và nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30 ºC đến 150 ºC.............................51
Hình 4.10: Chiều dài dịng chảy nhựa với chiều dày dịng chảy 0,4 mm và nhiệt độ
0

0

khn thay đổi từ 30 C đến 150 C...................................................... 53
Hình 4.11: Kết quả mơ phỏng chiều dài dịng chảy nhựa với chiều dày dịng chảy
0,6 mm và nhiệt độ khn thay đổi từ 30 ºC đến 150 ºC........................53
Hình 4.12: Chiều dài dịng chảy nhựa với chiều dày dòng chảy 0,6 mm và nhiệt độ
khuôn thay đổi từ 30 ºC đến 150 ºC....................................................... 55
Hình 4.13: So sánh chiều dài giữa mơ phỏng và thực nghiệm nhựa ABS tại 5 nhiệt
độ khuôn khác nhau của chiều dày mẫu 0,2 mm.................................... 57
Hình 4.14: So sánh chiều dài giữa mô phỏng và thực nghiệm nhựa ABS tại 5 nhiệt
độ khuôn khác nhau của chiều dày mẫu 0,4 mm.................................... 57
Hình 4.15: So sánh chiều dài giữa mơ phỏng và thực nghiệm nhựa ABS tại 5 nhiệt
độ khuôn khác nhau của chiều dày mẫu 0,6 mm.................................... 58
Hình 4.16: So sánh chiều dài giữa mô phỏng và thực nghiệm nhựa PP tại 5 nhiệt độ
khuôn khác nhau của chiều dày mẫu 0,2 mm......................................... 58
Hình 4.17: So sánh chiều dài giữa mô phỏng và thực nghiệm nhựa PP tại tại 5 nhiệt
độ khuôn khác nhau của chiều dày mẫu 0,4 mm.................................... 59
Hình 4.18: So sánh chiều dài giữa mơ phỏng và thực nghiệm nhựa PP tại tại 5 nhiệt
độ khuôn khác nhau của chiều dày mẫu 0,6 mm.................................... 59

Hình 4.19: Đồ thị mơ tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt
độ lịng khn và chiều dài (cho sản phẩm nhựa ABS với chiều dày 0,2
mm)........................................................................................................ 62

xiv


Hình 4.20: Đồ thị mơ tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt
độ lịng khn và chiều dài (cho sản phẩm nhựa ABS với chiều dày 0,4
mm)........................................................................................................ 62
Hình 4.21: Đồ thị mơ tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt
độ lịng khn và chiều dài (cho sản phẩm nhựa ABS với chiều dày 0,6
mm)........................................................................................................ 63
Hình 4.22: Đồ thị mơ tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt
độ lòng khuôn và chiều dài (cho sản phẩm nhựa PP với chiều dày 0,2
mm)........................................................................................................ 63
Hình 4.23: Đồ thị mơ tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt
độ lịng khn và chiều dài (cho sản phẩm nhựa PP với chiều dày 0,4
mm)........................................................................................................ 64
Hình 4.24: Đồ thị mơ tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt
độ lịng khn và chiều dài (cho sản phẩm nhựa ABS với chiều dày 0,6
mm......................................................................................................... 64
Hình 4.25: Phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khn khác nhau.............67
Hình 4.26: Biểu đồ so sánh sự phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khn
khác nhau của mẫu chiều dày lưới 0,4 mm............................................ 68
Hình 4.27: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,4 mm ứng với các mức nhiệt độ lịng
0

0

0

0

0

khn 30 C, 60 C, 90 C , 120 C, 150 C......................................... 69
Hình 4.28: Phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khn khác nhau.............70
Hình 4.29: Biểu đồ so sánh sự phân bố áp suất tại lòng khuôn với nhiệt độ khuôn
khác nhau của mẫu chiều dày lưới 0,6 mm............................................ 71
Hình 4.30: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,6 mm ứng với các mức nhiệt độ lịng
0

0

0

khn 30 C, 60 C, 90 C.................................................................... 72
Hình 4.31: Phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khn khác nhau.............73
Hình 4.32: Biểu đồ so sánh sự phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khn
khác nhau của mẫu chiều dày lưới 0,8 mm............................................ 74
Hình 4.33: Phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khn khác nhau.............76

xv


Hình 4.34: Biểu đồ so sánh sự phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khn
khác nhau của mẫu chiều dày lưới 0,4 mm............................................ 77
Hình 4.35: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,4 mm ứng với các mức nhiệt độ lịng
0

0

0

0

0

khn 30 C, 60 C, 90 C, 120 C, 150 C.......................................... 78
Hình 4.36: Phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khn khác nhau.............79
Hình 4.37: Biểu đồ so sánh sự phân bố áp suất tại lòng khuôn với nhiệt độ khuôn
khác nhau của mẫu chiều dày lưới 0,6 mm............................................ 80
Hình 4.38: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,6 mm ứng với các mức nhiệt độ lịng
0

0

0

0

0

khn 30 C, 60 C, 90 C, 120 C, 150 C.......................................... 81
Hình 4.39: Phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khn khác nhau.............82
Hình 4.40: Biểu đồ so sánh sự phân bố áp suất tại lịng khn với nhiệt độ khuôn
khác nhau của mẫu chiều dày lưới 0,8 mm............................................ 83
Hình 4.41: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,8 mm ứng với các mức nhiệt độ lịng
0

0

0

0

0

khn 30 C, 60 C, 90 C, 120 C, 150 C................................................ 84
Hình 4.42: Đồ thị mơ tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt
độ lịng khn và độ bền kéo (cho sản phẩm nhựa PA 6 với chiều dày
lưới 0,4 mm).......................................................................................... 87
Hình 4.43: Đồ thị mơ tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt
độ lịng khn và độ bền kéo (cho sản phẩm nhựa PA 6 + 30 % sợi thủy
tinh với chiều dày lưới 0,4 mm)............................................................. 88
Hình 4.44: Đồ thị mơ tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt
độ lịng khn và độ bền kéo (cho sản phẩm nhựa PA 6 + 30 % sợi thủy
tinh với chiều dày lưới 0,6 mm)............................................................. 88

xvi


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan chung
1.1.1 Phương pháp gia nhiệt cho khn phun ép bằng khí nóng [1]
Phương pháp gia nhiệt cho khn phun ép bằng khí nóng là phương pháp
mới, được chế tạo và thử nghiệm ở Việt Nam trong thời gian gần đây. Phương pháp

này thực hiện như sau: khơng khí được nén trong máy nén tạo áp lực, sau khi ra
khỏi máy nén khí được đi qua khối thép đã được nung nóng. Khí được nung nóng
trong khối thép này, khi khí đi ra khỏi khối gia nhiệt được phun trực tiếp lên bề mặt
khuôn để gia nhiệt bề mặt khn.

Hình 1.1: Phương pháp gia nhiệt bằng khí [1]
 Ưu điểm của phương pháp này:
-

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

Hệ thống đơn giản, và có thể tự động hóa.
 Nhược điểm:
-

1


- Cần áp suất khí nén ổn định
- Mơi trường làm việc ồn ào
- Tốn thời gian cho mỗi chu kì ép vì module cần phải di chuyển.

1.1.2 Các khuyết tật trong sản phẩm từ phương pháp phun ép nhựa
Khuyết tật trong sản phẩm nhựa ép phun là điều không thể tránh khỏi khi
phát triển sản phẩm mới hoặc thay đổi một trong các thơng số trong q trình ép
phun. Nguyên nhân dẫn đến khuyết tật có thể do một số vấn đề gặp phải trong:
1. Thiết kế chi tiết: các thông số thiết kế (như bề dày…), biên dạng hình

học phức tạp, phun ép các chi tiết nhựa có thành mỏng, sản phẩm kết
hợp nhiều loại nhựa (MCM).

2. Thiết kế khn nhựa: thiết kế cổng nhựa (như vị trí, hình dạng. kích

thước…), kênh dẫn nhựa (như hình dạng, kích thước, thiết kế khuôn
cái…), thiết kế hệ thống làm mát.

a)Không điền đầy hoàn toàn

d) Xuất hiện đường hàn

b)Xuất hiện lõm trên sản phẩm

e) Hiện tượng cong vênh

c) Điểm cháy nhiệt

f) Xuất hiện ba via

Hình 1.2: Những khuyết tật thường gặp trong phun ép nhựa [2]
Nhiệt độ là yêu tố vô cùng quan trọng ảnh hưởng tới việc hình thành các
khuyết tật sản phẩm trong quá trình phun ép nhựa [2]. Khi nhiệt độ khn q thấp,
dịng chảy nhựa được phun vào khn sẽ bắt đầu đơng đặc nhanh chóng và hình
thành một lớp vỏ ngồi trên bề mặt của lịng khuôn. Lúc này, khi lớp vỏ đã đông
cứng các bọt khí trộn lẫn bên trong dịng chảy nhựa sẽ khơng thốt ra bên ngồi
2


được, tạo nên khuyết tật bọt khí trong sản phẩm. Hơn nữa, nếu nhiệt độ nhựa nóng
chảy quá cao trong q trình phun ép sẽ tạo nên hiệu ứng dịng chảy rối mà tại đó
bọt khí và khí gas bị mắc kẹt bên trong dòng chảy nhựa và cuối cùng tạo nên
khuyến tật vết lõm trên sản phẩm [2].

1.2 Đặt vấn đề
Sản phẩm nhựa hiện nay rất đa dạng, từ đơn giản đến phức tạp, từ kích thước
lớn đến kích thước nhỏ. Với sự phát triển như hiện nay của xã hội, yêu cầu mới với
công nghệ phun ép luôn được đặt ra, một trong những yêu cầu cấp thiết nhất là: chế
tạo các sản phẩm nhựa bằng công nghệ ép phun với bề dày ở nhỏ hơn 1 mm phục
vụ cho các chip sinh học, các thiết bị quang học…[3]

Hình 1.3: Sản phẩm nhựa có thành mỏng [3]
Trong q trình nhựa điền vào khn với sản phẩm thành mỏng, những lớp
nhựa tiếp xúc với thành của khuôn (bề mặt khn ở nhiệt độ thấp) sẽ đơng lại. Q
trình đơng lại ở bề mặt tiếp xúc với khuôn sẽ làm giảm áp lực của dịng nhựa làm
cho nhựa khơng điền đầy được lịng khn [4].
Để khắc phục được tình trạng đó cần tăng nhiệt độ bề mặt lịng khn tiếp
xúc với nhựa lên một nhiệt độ tối ưu qua đó làm cho q trình đơng đặc lớp nhựa

3


tiếp xúc với khuôn giảm mà không làm cho quá trình giải nhiệt sau khi quá trình ép
tăng lên.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp gia nhiệt cho bề mặt cho khuôn như: gia
nhiệt bằng chất lỏng, gia nhiệt bằng tia hồng ngoại, gia nhiệt bằng cảm ứng từ, gia
nhiệt bằng khí nóng... Trong đó phương pháp gia nhiệt bằng chất lỏng và gia nhiệt
bằng cảm ứng từ có những ưu điểm nhất định và những khuyết điểm như: sau quá
trình ép phun cần giải nhiệt với thời gian tương đối dài, yêu cầu kết cấu khuôn phức
tạp. Đối với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng có nhiều ưu điểm như có thể gia
nhiệt linh hoạt ở nhiều vị trí, tốc độ gia nhiệt rất cao, thời gian chu kỳ của sản phẩm
được rút ngắn [5 – 8].
1.3 Tình hình nghiên cứu
1.3.1 Tình hình ngồi nước

1.

Shia-Chung Chen và các công sự đã nghiên cứu phát triển hệ thống

gia nhiệt bằng khí và ứng dụng trong vi khn [9]. Tác giả đã thu được kết quả:
0

0

0

0

0

Việc gia nhiệt và giải nhiệt từ 60 C đến 100 C, 110 C, 120 C và trở về 60 C
bằng khí có thời gian của 1 chu kỳ ngắn hơn so với dùng nước gia nhiệt và giải
nhiệt cho khn.

Hình 1.4: So sánh thời gian một chu kỳ gia/giải nhiệt bằng khí [9].

4


Shia-Chung Chen và các công sự đã đánh giá khả thi của việc kiểm

2.

sốt nhiệt độ bề mặt khn bằng phương pháp gia nhiệt khí trong q trình ép
phun [7]. Tác giả đã rút ra được kết luận: việc gia nhiệt bằng khí nóng có tốc độ

0

0

tăng nhiệt bề mặt khn từ 60 C lên 120 C trong vịng 2 giây (nghĩa là tốc trung
0

0

bình là 30 C /giây) và cần 34 giây để trở về 60 C đối với khn được sử dụng
trong thí nghiệm có kích thước dài x rộng x cao là 100 x 20 x 10 mm. Trong khi
dùng các chất làm lạnh khác phải mất tới 267 giây để thực hiện một chu trình.

Hình 1.5: So sánh các thay đổi nhiệt độ do gia nhiệt bằng khí và nước nóng (một
chu kỳ nóng/ làm mát) [7].
Theo nghiên cứu này, ứng dụng cho bề mặt khuôn bằng tấm nikel là đạt
hiệu quả cao nhất và có thể ứng dụng trong công nghiệp.
3.

S.-Y. Yang cùng các công sự đã nghiên cứu về q trình phun ép vi

khn chi tiết thành siêu mỏng với nhiều lịng khn [10]. Trong nghiên cứu này
các tác giả đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến sự đối xứng của
dịng chảy nhựa trong lịng khn. Kết quả đạt được:

5


Hình 1.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ khn đến khả năng điền đầy lịng khn [10]
1.3.2 Tình hình trong nước

1.

Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên Lê Tuyên Giáo (ĐH Sư

Phạm Kỹ Thuật TP HCM): “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt
bằng khí nóng đến độ bền kéo của sản phẩm nhựa dạng lưới”. Luận văn này đã đề
cập đến cơ sở của việc thiết kế hệ thống giải nhiệt của khuôn ép phun dựa trên các
ngun lý trùn nhiệt, thơng qua q trình nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp
gia nhiệt bằng khí nóng đến độ bền kéo của sản phẩm nhựa dạng lưới.
2.

Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên Nguyễn Hộ (ĐH Sư Phạm

Kỹ Thuật TP HCM): ““Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí
nóng đến khả năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng””. Sử
dụng các kết quả các thí nghiệm ép các loại nhựa khác nhau ở những nhiệt độ bề
mặt khuôn khác nhau cùng với những bề dày tương ứng để phân tích ảnh hưởng của
nhiệt độ tới khả năng điền đầy lòng khn. Qua các kết quả đạt được từ những thí
nghiệm có thể xác định được những nhiệt độ tối ưu cho những bề dày khác nhau với
từng loại nhựa nhất định.
Tuy nhiên, nội dung của hai đề tài này chưa khảo sát được sự ảnh hưởng của
nhiệt độ bề mặt khn tới sự phân bố áp suất trong lịng khn, cũng như sự phân

6


bố của các sợi gia cường. Từ đó phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố trên đến cơ
tính vật liệu của mẫu thí nghiệm.
1.4 Tính cấp thiết của đề tài
Qua các nghiên cứu trước đây cho thấy phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng

với những ưu điểm vượt trội trong q trình gia nhiệt cho bề mặt khn và sự ảnh
hưởng của nhiệt độ khuôn đến chiều dài dòng chảy trong phun ép nhựa. Tuy nhiên,
sự ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng tới áp
suất phân bố bên trong lịng khn là một đề tài chưa được quan tâm đến. Như
chúng ta đã biết, trong quá trình phun ép nhựa áp suất phân bố bên trong lịng khn
là yếu tố đóng vai trị rất quan trọng trong việc định hình tiến trình phun ép nhựa và
ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thành phẩm, đặc biệt là cơ tính và chất lượng bề
mặt sản phẩm. Tối ưu hóa áp suất trong lịng khn cịn có thể giúp giảm thời gian
ép, giảm giá thành và tiết kiệm năng lượng [11 – 13]. Xuất phát từ thực tế trên, đề
tài: “Nghiên cứu phân bố áp suất dịng chảy trong khn ép nhựa với phương
pháp gia nhiệt bằng khí nóng” là cần thiết.
1.5 Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu phân bố áp suất dòng chảy trong
khuôn ép nhựa với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng” là:
- Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt khuôn tới phân bố áp suất trong

lịng khn khi ép nhiều loại nhựa ở những nhiệt độ bề mặt khuôn khác nhau cùng
với những bề dày tương ứng. Qua các kết quả so sánh giữa các thí nghiệm và mơ
phỏng, phân tích và đánh giá nhằm dự đốn phân bố áp suất ứng với sự thay đổi của
nhiệt độ bề mặt khuôn và chiều dày mẫu thử.
- Khảo sát, đánh giá độ bền kéo của sản phẩm sau khi ép mẫu dưới sự ảnh

hưởng của áp suất dịng chảy. Qua đó đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn của các
loại vật liệu nhựa đã được thí nghiệm.

7