Nghiên cứu phân bố nhiệt độ lòng khuôn phun ép với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng tích hợp trong lòng khuôn bằng phương pháp mô phỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CAO VĂN THỊNH NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ LỊNG KHN PHUN ÉP VỚI PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NĨNG TÍCH HỢP TRONG LỊNG KHN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ SKC007701 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CAO VĂN THỊNH NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ LỊNG KHN PHUN ÉP VỚI PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NĨNG TÍCH HỢP TRONG LỊNG KHN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 8520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ THÀNH TRUNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2022 i ii iii iv v vi LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: CAO VĂN THỊNH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/12/1982 Nơi sinh: Nghệ An Quê quán: Nghệ An Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Tổ ấp xã Minh Hưng, Chơn Thành, Bình Phước Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0937915234 Fax: E-mail: cvthinh09@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo: Nơi học (trường, thành phố): Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 08/2002 đến 07/2007 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ kỹ thuật III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 04/2015 – đến Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường Cao đẳng Bình Phước vii Giảng viên LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 02 năm 2022 (Ký tên ghi rõ họ tên) Cao Văn Thịnh viii - Trong insert với bề dày sản phẩm 0.1 mm, 0.3 mm 0.5 mm insert 0.5 mm có giá trị gia nhiệt lên cao nhất; bề dày insert lớn nhiệt độ gia nhiệt lớn - Kết so sánh cho thấy chênh lệch nhiệt độ lòng khuôn mô kết đo thực tế chênh lệch khơng đáng kể Qua đó, cho thấy kết mô nghiên cứu đáng tin cậy Về kết chiều dài dòng chảy: - Khi tăng nhiệt độ lịng khn chiều dài dịng chảy tăng lên Ngồi ra, tùy vào loại nhựa q trình điền đầy lịng khn khác Trong đó, chiều dài dòng chảy vật liệu PA6 30%GF PA6 30%CaCO3 ngắn nhất, vật liệu khó điền đầy lịng khn Cịn chiều dài dịng chảy vật liệu PP PA6 dài nên PP PA6 vật liệu dễ chảy lịng khn - Khi tỉ lệ GF CaCO3 gia tăng khả chảy lịng khn bị ảnh hưởng đáng kể Cho nên, phương pháp gia nhiệt khí nóng lịng khn cần thiết nhằm hạn chế tối đa lớp đơng đặc, qua nâng cao khả điền đầy lịng khn - Kết so sánh chiều dài dịng chảy mơ thực nghiệm chênh lệch khơng đáng kể, qua cho thấy phương pháp mơ sử dụng để dự đốn q trình điền đầy cơng nghệ phun ép Nhìn chung, hệ thống gia nhiệt cho lịng khn khí nóng tích hợp khn áp dụng vào trình phun ép thực tế sản phẩm có thành mỏng, đặc biệt sản phẩm có kích thước micromet 6.2 Hướng phát triển Với kết đạt được, hướng phát triển sau đề xuất: - Nghiên cứu cải tiến hệ thống gia giải nhiệt để giải nhiệt cho lịng khn với mức nhiệt độ cao để giảm thời gian chu kỳ ép phun 82 - Thiết kế khn tích hợp hệ thống gia nhiệt khí nóng cho sản phẩm ứng dụng thực tế vật liệu composite - Thay đổi cấu đỡ insert từ xylanh sang cấu khác hiệu - Nghiên cứu tối ưu lượng với hệ thống gia nhiệt khí nóng tích hợp lịng khuôn ép phun 83 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Sơn Minh Trần Minh Thế Uyên, “Giáo trình thiết kế chế tạo khn phun ép nhựa”, nhà xuất đại học quốc gia TPHCM 2014 [2] Vũ Hồi Ân, “Thiết kế khn cho sản phẩm nhựa”, Nhà xuất Viện máy dụng cụ - Trung tâm đào tạo thực hành CAD/CAM, 1994 [3] Nguyễn Hộ, “Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp gia nhiệt khí nóng đến khả điền đầy lịng khn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng”, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2015 [4] Shia-Chung Chen, Jen-An Chang, Ying-Chieh Wang and Chun-Feng Yeh, “Development of gas-assisted dynamic mold temperature control system and its application for micro molding”, 2209-2012 / ANTEC 2008 [5] Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin and Jen-An Chang, “Feasibility evaluation of gas-assisted heating for mold surface temperature control during injection molding process”, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol 36, 2009, pp 806–812 [6] Shia-Chung Chen , Pham Son Minh and Jen-An Chang, “Gas-assisted mold temperature control for improving the quality of injection molded parts with fiber additives”, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol 38, 2011, pp 304–312 [7] G Wang, G Zhao, H L Y Guan, “Research of thermal response simulation and mold structure optimization for rapid heat cycle molding processes, respectively, with steam heating and electric heating”, Journal of Materials & Design, Vol 31, Issue 1, 2010, pp 382-395 [8] S Wong, J W S Lee, H E Naguib and C B Park, “Effect of processing parameters on the mechanical properties of injection molded thermoplastic 84 polyolefin (TPO) cellular foams”, Macromolecular Materials and Engineering, Vol 293, Issue 7, 2008, pp 605-613 [9] A Kumar, P S Ghoshdastidar and M K Muju, “Computer simulation of transport processes during injection mold-filling and optimization of the molding conditions”, Journal of Materials Processing Technology, Vol 120, Issues 1–3, 2002, pp 438-449 [10] A C Liou, R H Chen, C K Huang, C H Su and P Y Tsai, “Development of a heat-generable mold insert and its application to the injection molding of microstructures”, Microelectronic Engineering, Vol 117, 2014, pp 41-47 [11] S Liparoti, R Pantani, A Sorrentino, V Speranza and G Titomanlio, “Hydrophobicity tuning by the fast evolution of mold temperature during injection molding”, Journal of Polymers, Vol 10, Issue 3, 2018, pp 1-15 [12] S C Chang and S J Hwang, “Simulation of infrared rapid surface heating for injection molding”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol 49, Issues 21-22, 2006, pp 3846-3854 [13] M C Yu, W B Young and P M Hsu, “Micro injection molding with the infrared assisted heating system”, Materials Science and Engineering A, Vols 460-461, 2007, pp 288-295 [14] H L Chen, S C Chen, W H Liao, R D Chien and Y T Lin, “Effects of insert film on asymmetric mold temperature and associated part warpage during in-mold decoration injection molding of PP parts”, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol 41, 2013, pp 34-40 [15] S Y Yang, S C Nian, S T Huang and Y J Weng, “A study on the microinjection molding of multi-cavity ultra-thin parts”, Polymers Advances Technologies, 2011 [16] Shia-Chung Chen, Yu-Wan Lin, Rean-Der Chien, Hai-Mei Li, “Variable mold temperature to improve surface quality of microcellular injection molded parts 85 using induction heating technology”, Advances in Polymer Technology, Vol 27, No 4, 2008, pp 224–232 [17] B Sha, S Dimov, C Griffiths and M.S Packianather, “Investigation of microinjection moulding: factors affecting the replication quality”, Journal of Materials Processing Technology, 2007, pp 284–296 [18] Shia-Chung Chen, Wen-Ren Jong, Jen-An Chang and Hsin-Shu Peng, “Simulation and verification on rapid mold surface eating/cooling using electromagnetic induction technology”, 4th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics Cairo, Egypt, 2005 [19] M C Jeng, S C Chen, P S Minh, J A Chang and C S Chung, “Rapid mold temperature control in injection molding by using steam heating”, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol 37, Issue 9, 2010, pp 12951304 [20] Pham Son Minh, Thanh Trung Do and Tran Minh The Uyen, “The feasibility of external gas-assisted mold-temperature control for thin-wall injection molding”, Advances in Mechanical Engineering, Vol 10(10), 2018, pp 1–13, DOI: 10.1177/1687814018806102 [21] Đỗ Thành Trung Phạm Sơn Minh, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo tay máy gia nhiệt cho khn ép nhựa qui trình chế tạo thiết bị y sinh - Lab on Chip – LOC”, Đề tài cấp Sở Khoa học Công nghệ Tp.HCM, 45/2015/HĐSKHCN [22] C.Wilcox, Turbulence Modeling for CFD, 2nd editor, DCW Industries, 1998 [23] Theodore L Bergman Adrienne S Lavine, Frank P Incropera and David P DeWitt, “Fundamentals of heat and mass transfer”, Wiley, edition, April 12, 2011 [24] S Meister and D Drummer, “Affecting the ageing behaviour of injectionmoulded microparts using variothermal mould tempering”, Advances in Mechanical Engineering, 2013, pp 1-7 86 [25] Y T Sung, S J Hwang, H H Lee and D Y Huang, “Study on induction heating coil for uniform mold cavity surface heating”, Adv Mech Eng., Vol 6, 2014, DOI:10.1155/2014/349078 [26] D Yao, T E Kimerling and B Kim, “High-frequency proximity heating for injection molding applications”, Polym Eng Sci., Vol 6, 2006, pp 938–945, DOI:10.1002/pen.20548 [27] B H Kim and D Yao, “Method for rapid mold heating and cooling”, US Patent 684645, 2005-01-25 [28] Jingyi Xu, “Microcellular injection molding”, John Wiley & Sons, Inc, 2010 [29] Trần Minh Thế Uyên, Luận án Tiến sỹ “Nghiên cứu ảnh hưởng gia nhiệt khuôn phun ép khí nóng đến độ bền sản phẩm nhựa dạng thành mỏng”, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2020 [30] Schiller and F Gary, “Injection unit: Screw”, Carl Hanser Verlag GmbH, 2018, eISBN: 978-1-56990-687-3 87 PHỤ LỤC CÔNG BỐ KHOA HỌC 88 International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology Study on the Temperature Distribution for Mold Heating Process Cao Van Thinh, Thanh Trung Do Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Hochiminh city, Vietnam ABSTRACT: In the plastic injection molding process, the product is formed in a very short time, the selection of the optimal parameters (temperature) to make the filling process of liquid plastic takes place easily, quickly, and reducing defects of plastic products, especially for products of small thickness (thin walls) and large lengths With this study, the authors will simulate the process of heating the cavity with hot air integrated inside the mold, then bring water into the mold cooling system, change the mold temperature, to learn and evaluate heating process and cavity cooling process with the thickness of the insert After the experiment, find the most suitable insert temperature Through the research process, it was found that the heating process at 20s with a heating temperature of 400 ° C, the highest value of about 153⁰C with the insert plate thickness is 0.5mm KEY WORDS: Injection molding, injection pressure, melt flow length, mold temperature, melt temperature I.INTRODUCTION In the field of processing and manufacturing of plastic products, plastic injection method is one of the most used method, especially for products with large length and small thickness, so if there is no experience in choosing the mold temperature, as well as the investment in mold temperature control devices, product defects will easily appear during injection molding, On the contrary, if the mold temperature is reasonable, the process of balancing the flow of plastic into the mold cavity will be done more easily This is an important basis for achieving uniform quality for a large series of products in the plastic injection production process, especially for molds with many different sizes of molds This study will focus on simulating the heating process for the mold cavity, to find out the difference in temperature before and after heating, as a basis for calculating the appropriate mold temperature for each plastic, and plastic flow length II SIMULATION METHODS ANSYS CFX is the most popular and commonly used fluid dynamics analysis module that can help to reliably and accurately simulate different types of fluid flows Content Description Parameter Geometry - Inlet - Outlet1 - Outlet2 - Outlet3 Mesh Copyright to IJARSET - Inflation + Geometry: Bodies + Boundary: face + Maximun Thickness: 1mm www.ijarset.com 15537 International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology Setup - Air (U, V, W=0, P=0, T=30°C) + inlet ( Normal Speed: 100m/s, Static temperature: 400°C) + Outlet (Opening temperature: 30°C) - Stamp (Material: stell, temperature: 30°C) - Output (Time interval: 0.1s) Solution - Start run Results - Stamp side: + Model: Variable + Variabel: Temperature + Range: Use Spectified - Default Legend View + Title mode: Variable + Precision: - Fixed Figure 1: ANSYS simulation process III RESULTS AND DISCUSSION Research on the temperature distribution of the mold cavity after heating with hot air from internal the mold with gas inlet air temperature of 400°C, heating time 20s, and steel cavity surface by simulation Figure 2: Mold cavity with heating surface Copyright to IJARSET www.ijarset.com 15538 International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology T 5s 10 s 15 s 20 s t C 200 250 300 350 400 Figure 3: Mold temperature distribution after heating time by simulation mold cavity with heating surface with thickness of stamp insert is 0.5mm + Highest temperature at spraying position in case of spraying temperature of 400 0C and spraying time of 20s is 153.50C, further away from lower temperature Copyright to IJARSET www.ijarset.com 15539 International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology T 5s 10 s 15 s 20 s t0C 200 250 300 350 400 Figure 4: Mold temperature distribution after heating time by simulation mold cavity with heating surface with thickness of stamp insert is 0.3mm + Highest temperature at spraying position in case of spraying temperature of 400 0C and spraying time of 20s is 1470C, further away from lower temperature Copyright to IJARSET www.ijarset.com 15540 International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology T 5s 10 s 15 s 20 s t C 200 250 300 350 400 Figure 5: Mold temperature distribution after heating time by simulation mold cavity with heating surface with thickness of stamp insert is 0.1mm + Highest temperature at spraying position in case of spraying temperature of 400 0C and spraying time of 20s is 146,20C, further away from lower temperature Copyright to IJARSET www.ijarset.com 15541 International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology TEMPERATURE INSERT (OC) HE ATI NG TIME TEMPERATURE OF HOT AIR (OC) Figure 6: The chart shows the insert plate temperature with thickness of stamp insert is 0.5mm TEMPERATURE INSERT STAMP (OC) HE ATI NG TIME TEMPERATURE OF (OC) Figure 7: The chart shows the insert plate temperature with thickness of stamp insert is 0.3mm Copyright to IJARSET www.ijarset.com 15542 International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology TEMPERATURE INSERT STAMP (OC) HE ATI NG TIME TEMPERATURE OF (OC) Figure 8: The chart shows the insert plate temperature with thickness of stamp insert is 0.1mm IV CONCLUSION - From the above results we see, the greater the hot air temperature and the longer the heating time, the greater the insert plate temperature; during heating at a time of 20 seconds with a heating temperature of 400°C, the highest value is about 153⁰C - In insert stamp with product thickness of 0.1mm, 0.3mm, 0.5mm, the 0.5mm insert stamp has the highest heating value Acknowledgement: This work belongs to the project grant No: B2019_SPK_03 funded by Ministry of Education and Training, and hosted by Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam REFERENCES [1] B Sha, S Dimov, C Griffiths, M.S Packianather , “Investigation of micro-injection moulding: Factors affecting the replication quality”, Journal of Materials Processing Technology, 2007, 284–296 [2] Jingyi Xu, “Microcellular Injection Molding”, Published by John Wiley & Sons, Inc, 2010 [3] K F Zhang, Zhen Lu , “Analysis of morphology and performance of PP microstructures manufactured by micro injection molding”, Microsyst Technol, 2008 [4] Peter Jones, “The Mould Design Guide”, Published by Smither Rapra, 2008 [5] S.-Y Yang, S.-C Nian, S.-T Huang and Y.-J Weng, “A study on the micro-injection molding of multi-cavity ultra-thin parts”, Polymers Advances Technologies, 2011 [6] Shia-Chung Chen, Jen-An Chang, Ying-Chieh Wang, Chun-Feng Yeh, “Development of Gas-Assisted Dynamic Mold Temperature Control System and Its Application for Micro Molding”, ANTEC, 2008, Page 2208-2212 [7] Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, Jen-An Chang Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, MingChung Lin, “Feasibility evaluation of gas-assisted heating for mold surface temperature control during injection molding process”, International Communications in Heat and Mass Transfer, vol 36, 2009, Page 806-812 [8] Shia-Chung Chen, Wen-Ren Jong, Jen-An Chang and Hsin-Shu Peng , “Simulation and verification on rapid mold surface heating/cooling using electromagnetic induction technology”, 4th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics Cairo, Egypt, 2005 Copyright to IJARSET www.ijarset.com 15543 ... ? ?Nghiên cứu phân bố nhiệt độ lịng khn phun ép với phương pháp gia nhiệt khí nóng tích hợp lịng khuôn phương pháp mô phỏng? ??, tác giả nghiên phân nhiệt độ lịng khn, q trình điền đầy với phương pháp. .. "Nghiên cứu phân bố nhiệt độ lịng khn phun ép với phương pháp gia nhiệt khí nóng tích hợp lịng khn phương 16 pháp mô phỏng" là: - Nghiên cứu mơ gia nhiệt khí nóng tích hợp lịng khn để xác định nhiệt. .. với phương pháp gia nhiệt khí nóng tích hợp lịng khn Phương pháp gia nhiệt khí nóng tích hợp lịng khn với thời gian gia nhiệt từ s đến 20 s, nhiệt độ khí nóng từ 200 0C đến 400 0C, độ dày insert