NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ÉP PHUN NHỰA BẰNG MÁY ÉP PHUN NHỰA CỠ NHỎ RESEARCH ON SOME PARAMETERS AFFECTING PRODUCT QUALITY PLASTIC INJECTOR INJECT[.]
NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ÉP PHUN NHỰA BẰNG MÁY ÉP PHUN NHỰA CỠ NHỎ RESEARCH ON SOME PARAMETERS AFFECTING PRODUCT QUALITY PLASTIC INJECTOR INJECTION MOLDING MACHINE SMALL SIZE PLASTIC INJECTION MOLDING MACHINE Lê Hồng Anh, Ngơ Minh Nghĩa Trường Đại học Sư phạm Kỳ thuật Vĩnh Long TÓM TẤT Hiện nay, công nghiệp nhựa ngành công nghiệp cỏ tốc độ phát triển mạnh mẽ Các sản phẩm ngành nhựa có mặt hầu hết ngành lĩnh vực khác đời sống, phục vụ nhiều nhu cầu thiết yếu sổng hàng ngày Công nghiệp ép phun có bước chun mạnh mẽ thị trường Việt Nam Tuy nhiên, máy sử dụng cho ngành cơng nghiệp lại có kích thước lớn, khó sử dụng để ứng dụng vào trình giảng dạy trường đại học, trường dạy nghề Ngồi ra, việc nghiên cứu thơng sơ mảy ảnh hưởng lên chát lượng sàn phàm mảy ẻp phun nhựa cỡ nhỏ chưa nghiên cứu kỹ Chính lý trên, nhóm nghiên cứu định lựa chọn đề tài nhằm ứng dụng phương pháp thiết kế, chế tạo đế chế tạo máy ép phun nhựa cỡ nhỏ nghiên cứu ánh hường thông số mảy lên chất lượng q trình ép phun, từ đề xuất ỷ kiến nhằm góp phần nâng cao chất lượng máy Từ khóa: Cơng nghệ ẻp phun; Thơng sô ảnh hưởng; Mô ABSTRACT Currently, the plastic industry is one ofthefastest growing industries today Plastic products are present in almost all industries and fields of life, serving many essential needs of daily life The injection molding industry is making strong changes in the Vietnamese market However, the machines used for this industry are very large in size, difficult to use in the teaching process at universities and vocational schools In addition, the study of machine parameters affecting product quality in these small plastic injection molding machines has not been well studied Because of the above reasons, the research team decided to choose this topic to apply new design and manufacturing methods to manufacture a small plastic injection molding machine and study the influence of machine parameters to improve the quality of the injection molding process, thereby proposing ideas to contribute to improving the quality of the machine Keywords: Injection molding technology; Influence parameters; Simulation ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, So 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 99 NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI ý kiến nhằm góp phần nâng cao chất GIỚI THIỆU lượng máy Công nghiệp nhựa ngành cơng nghiệp có tốc độ phát triển mạnh mẽ Các sản phẩm ngành nhựa có mặt hầu hết ngành lĩnh vực khác đời sống, phục vụ nhiêu nhu câu thiết yếu sống ngày [1] Là mũi nhọn cùa công nghiệp nhựa, ép phun khuôn nhựa chiếm vai trò quan trọng cấu ngành Khả sản xuất hàng hóa với số lượng lớn thời gian ngắn ưu điểm nôi bật công nghệ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Thiết kế chế tạo máy ép phun nhựa cỡ nhỏ Thơng qua q trình tính tốn, thiết kế, ta lựa chọn sơ đồ bố trí chức máy ép phun cỡ nhỏ sau: ép phun Cơng nghiệp ép phun có bước chuyển mạnh mẽ thị trường Việt Nam Trong phân khúc nhựa sử dụng cho hộ gia đình, lượng tiêu thụ binh quân cua mồi người Việt Nam tăng trung bình 14% năm giai đoạn 2011-2015 dự báo tiếp tục tăng với tốc độ 10% từ 2015-2020 Năm 2014, ước tính trung bình người Việt Nam tiêu thụ khoảng 55kg sản phàm nhựa Mặt hàng nội địa dự báo chiếm tỉ trọng cao phân khúc này, khoảng 22% tông sản phâm toàn ngành [2], Tuy nhiên, máy sừ dụng cho ngành cơng nghiệp lại có kích thước lớn, khó sử dụng để ứng dụng vào trình giảng dạy trường đại học, trường dạy nghề Ngồi ra, việc nghiên cứu thơng số máy ánh hường lên chất lượng sản phẩm máy ép phun nhựa cỡ nhỏ chưa nghiên cứu kỳ Chính lý trên, nhóm nghiên cứu định lựa chọn đề tài nhằm ứng dụng phương pháp thiết kế, chế tạo để chế tạo máy ép phun nhựa cỡ nhỏ nghiên cứu ảnh hưởng thông số máy lên chất lượng q trình ép phun, từ đề xuất Hĩnh Sơ đồ bố trí chức nâng Từ đó, ta tiến hành tính tốn, thiết kế, lựa chọn chức máy: - Tính toán phễu cấp nhựa [3]: Đây bồn chứa nguyên liệu dạng bột nhựa hay hạt nhựa sấy khơ trước Trong nhiều trường họp bồn chứa làm nóng mạch điện trở bên để sấy khô hạt nhựa trước đưa vào bên xylanh Đối với nhựa đàn hồi, bồn chứa trang bị thêm chốt chặn để kiểm soát lượng nguyên liệu nạp vào ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 100 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI Trục vít có nhiệm vụ kéo nguyên liệu từ phễu chứa vào xylanh để nấu chảy PHIỄƯ CÁP LIỆU Khi gia công nhựa nhiệt dẻo người ta thường sử dụng trục vít có vùng: vùng cấp liệu (Feed section), vùng nén (transition) vùng định lượng (metering section) Kích thước chiều dài dựa địi hỏi hiệu suất, nóng chảy lỏng nhựa nhão điều kiện cọ sát hạt nhựa với bề mặt trục vít a Hình Kích thước phễu cấp nhựa Hĩnh Cấu tạo trục vít ẻp nhựa Do máy ép khn cỡ nhỏ nên ta lựa chọn phều có the tích nhựa phù hợp khơng q to so với máy, có khả cung cấp lượng nhựa đầy đủ kịp thời cho chu trình ép phun Trong đó: - Ds đường kính trục vít (mm); - hF chiều cao cánh vít vùng cấp liệu (mm); - hM chiều cao cánh vít vùng định lượng (mm); - ộ góc nghiên cánh vít (o); - độ hở vít ống dần nhựa (mm); - s chiều rộng cánh vít (mm); Kích thước phều cấp liệu có sau: - a = 80 (mm); b =80 (mm); hl = 100 (mm); h2 = 100 (mm); c = 30 (mm); d = 20 (mm) - Pitch (ký hiệu p) bước vít (mm); - L chiều dài vít (phần có cánh vít) (mm) Từ ta tích phễu cấp liệu: V h= (a X b X hl) + {(((a X b)+(c X d))/2) X h2}= 990 cm3 Trục vít thiết kể cho phù hợp với kích thước chung máy, có độ nén phù hợp đảm bảo khả ép nhựa vào khn máy vận hành Do trục vít thiết kế có kích Do phần cuống phễu tiếp xúc với ống dần nhựa có nhiệt độ cao nên ta chọn vật liệu thép mỏng đảm bảo chịu bền nhiệt khơng hư hỏng q trình vận hành máy - Tính tốn trục vít ép nhựa [4]: thước: - L = 320 (mm); Ds = 30 (mm); hF = (mm); hM = (mm); ỗ= 0.1 (mm); ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 101 NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI - Tính tốn Ơng dần nhựa [5] - ộ= 10°; - p = 22mm; - s =5 mm Khi đó, ta đạt giá trị: - Hệ số - = D = 10.6 ( hệ số L/D 30 mức thấp) có ưu điểm: Giảm thời gian làm chảy nhựa, chiếm khơng gian, giảm moment cho động cơ, giảm giá thành sản xuất có chiều dài ngan Là phần vỏ bao bọc bên trục vít dần nhựa, có tác dụng dẫn dịng nhựa từ phều qua q trình nung chảy vào khn Phần ống dẫn thiết kế cho đảm bảo lưu lượng nhựa áp suất phun đạt giá trị cần thiết để điền đầy lịng khn vận hành máy Từ trục vít lựa chọn, ta chọn vỏ trục có giá trị phù hợp sau: - Hệ sơ nén CR =777= 2.5 hệ sô nén ,,,,,, hM Ằ trung bình phù hợp gia cơng nhiêu loại nhựa phổ biến PA, pp, PLA, Do làm việc mơi trường có nhiệt độ cao thường xuyên chịu ma sát, nên vật liệu làm trục vít cần đảm bảo khả chịu nhiệt độ bền vận hành Căn vào điều kiện khả gia công, quy mô đề tài chọn vật liệu thép C45 đề tiến hành gia cơng Hình Mặt cắt ngang trình gia cơng ống dẫn nhựa - Đường kính ngồi Dn = 40 (mm); Đường kính Dt = 30,1 (mm); Chiều dài L = 350 (mm); Đường kính lỗ cấp liệu Dp= 20 (mm) trục vít - Tính tốn cho chi tiết lại: Các chi tiết lại hệ thống tính tốn lựa chọn mua cho đảm bảo thực chức mong muốn nhóm thiết kế Máy ép phun sau q trình tính tốn, thiết kể, chế tạo có hình dáng Hình Hình Q trĩnh chế tạo trục vít cho máy ép phun Hĩnh Mảy ép phun nhựa cỡ nhỏ ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 102 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI 2.2 Mơ q trình ép phun khn ép nhựa - Thiết kế khuôn ép phun dùng cho phần mềm mô phỏng: - Thông số vật liệu nhựa lựa chọn: Thiết lập kết cấu khn hình Khn có kết cấu gồm nửa khn, có hệ thống đẩy bị lược bỏ bớt nhằm tối ưu tốc độ cho q trình mơ Lựa chọn vật liệu ép phun giống với vật liệu thực nghiệm nhựa pp cùa nhà sản xuất FERRO có thông số Bảng 1: Bảng Thông số kỹ thuật cùa nhựa pp dùng mô thực nghiệm [6] Item name Item data Material type Thermoplastic Generic name pp Supplier FERRO Trade name Ferro pp VX-34035 MFI MFI(230,2.16)=37 g/10min Fiber percent 0.00 (%) Melt temperature range 190-230 (°C) Mold temperature range 20 - 50 (°C) Ejection temperature 110 (°C) Freeze temperature 120 (°C) Hỉnh Kết cấu khuôn bán Thiết lập hệ thống làm nguội khn gồm ống làm nguội có khoảng cách hình Ngồi ra, cịn có số thòng số nhiệt kỳ thuật loại nhựa hình Hĩnh Kết cấu khn Hĩnh Thông số nhiệt kỹ thuật nhựa pp dùng mô thực nghiệm Chia lưới cho hệ thống hình 10, ta có giá trị thông số lưới bảng ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.MI 103 NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI Injection Volume Flow rate profile Section-1 Section Number of Injection Pressure Profile Packing Time Hình 10 Kết phân tích bề dày chi tiết Bảng Giá trị thông số lưới mô i Value Hem Cavity mesh node c 346.280 Cavity meshelemen 459,830 Cavity mesh volume 171 (CC) Meshing level Runner mesh node 1.782 Runner mesh eleme 2.688 Runner mesh volume 61 (CO _ - Thiết lập thơng số cho q trình ép Maximum Packing Pressure VP Switch by volume(%) filled 7.98284 (cc) 90.00 % 4.00 (sec) 140.00 (MPa) 98.00 (%) Mold Opening Time 5.00 (sec) Ejection temperature 120.0 (°C) Air Temperature 25.0 (°C) Cooling Time 8.00 (sec) Cycle Time 17.20 (sec) KÉT QUẢ 3.1 Kết mô - Kết phân tích bề dày chi tiết: phun: Ta thiết lập thơng so cơng nghệ cho q trình ép phun Bảng Bảng Thông số công nghệ cho trĩnh ép phun mô Item name Item data Filling Time 0.20 (sec) Melt Temperature 230.0 (°C) Mold Temperature 50.0 (°C) Maximum Injection Pressure 140.00 (MPa) Hình 11 Kết phân tích bề dày chi tiết Chi tiết có bề dày bé, đa sổ nằm khoảng kích thước 1,00 mm (khoảng 81%) Do đó, thơng số ép phun cần phải tinh chỉnh xác để hạn chế cong vênh chi tiết sau trình ép phun ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 104 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 291, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI ứng suất cắt nguyên nhân tạo thành ứng suất dư sản phẩm sau lấy sản phẩm bên Nếu ứng suất cắt lớn (>0.3MPa) gây phá huỷ sản phẩm ép phun - Thời gian điền đầy: Hình 12 Kết phân tích thời gian điền đầy Thời gian điền đầy cùa chi tiết mô 0,206s Trong đó, chi tiết gần điền đầy thời điềm t=0,192s, cịn khoảng 4% thể tích chi tiết chưa điền đầy Tuy nhiên, trình điền đầy thường kèm với trình giữ khuôn tiết tiếp tục điền đầy giai đoạn này, từ đó, kết mơ thể chi tiết hoàn toàn điền đầy với thơng số ép phun thiết lập - Rồ khí (Air trap): Hình 14 Kết q phân tích ứng suất cắt lớn Ta thấy, chi tiết có ứng suất cắt lớn bé (khoảng 70% chi tiết có ứng suất cắt lớn