(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép phun đến độ chính xác của lỗ trên sản phẩm nhựa thành mỏng

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 09 năm 2016 Cao Hoài Bảo Anh ii LỜI CẢM ƠN Qua trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, học trị kính gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến: - Thầy PGS.TS Đỗ Thành Trung - thầy hướng dẫn thực luận văn tận tình dạy, tạo điều kiện động viên học trò suốt trình thực - Thầy TS Phạm Sơn Minh - thầy hướng dẫn tận tình trình thiết kế khn chế tạo mẫu thử - Thầy Th.S Trần Minh Thế Uyên - thầy hướng dẫn tận tình q trình thiết kế khn gia cơng chế tạo mẫu thử - Quý thầy, cô giảng dạy khoa Cơ khí Chế tạo máy, phịng Đào tạo – phận sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh giúp đỡ người thực thời gian học tập nghiên cứu trường - Kính gửi lời cảm ơn BGH trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho cho học viên trường học tập nghiên cứu - Ban giám hiệu toàn thể giáo viên Trường Cao Đẳng Nghề Long An quan tâm tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành khóa học - Gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ đóng góp ý kiến xây dựng giúp tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận văn Một lần xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ động viên quí báu tất người Xin trân trọng cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 09 năm 2016 Học viên Cao Hồi Bảo Anh iii TĨM TẮT Trong q trình phun ép, nhiệt độ khn nhiệt độ nhựa thông số quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến độ co rút sai lệch hình dạng, đặc biệt sản phẩm nhựa composite thành mỏng Do đó, vấn đề đặt phải tìm khoảng nhiệt độ nhựa nhiệt độ khuôn phù hợp để tạo sản phẩm có độ co rút sai lệch hình dạng nhỏ nhất, nhằm nâng cao độ xác sản phẩm nhựa Để tăng nhiệt độ khn lên nhanh chóng, đáp ứng yêu cầu sản lượng trình ép phun, tạo nhiều mẫu thử khoảng nhiệt độ khác nhau, đề tài đưa phương pháp gia nhiệt lịng khn điện trở gia nhiệt với cơng suất 200W Kết thí nghiệm cho thấy phút gia nhiệt nhiệt độ tăng lên 11oC, gia nhiệt lịng khn lên đến 120oC Với mức nhiệt độ khuôn khác nhiệt độ nhựa không thay đổi mức nhiệt độ nhựa khác nhiệt độ khuôn thay đổi, kết thí nghiệm xác định nhiệt độ khn, nhiệt độ nhựa thích hợp sản phẩm có độ co rút nhỏ đồng Khi nhiệt độ khn tăng độ co rút giảm nhiệt độ nhựa tăng độ co rút giảm iv ABSTRACT In injection molding process, mold and melt temperatures have very important effect to shrinkage and warpage of plastic products, especially with thin wall feature This project aimed to identify the optimum range of melt and mold temperature to minimize shrinkage and warpage, thereby improving the dimensional accuracy of thin wall plastic parts This project used a thermo-resistant 200W to heat the mold Plastic products were produced with different samples and melt temperatures Dimensions of different holes in products were collected and analyzed With experimental measurements, every minute temperature rise 110C and the cavity can be heated up to 120°C in order to meet the needs of the experiment creating injection laboratory samples As can be seen from the experiment data, in the condition of mold temperature differing and melt temperature remaining stable; and that of melt temperature differing and mold temperature differing, the suitable range of melt and mold temperature, which reduces its shrinkage and warpage, is identified The results illustrate the fact that the melt and mold temperatures increase, the shrinkage and warpage declines 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 vi Danh sách chữ viết tắt xi Danh sách hình xii Danh sách bảng xxviii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ngồi nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 11 1.3 Mục tiêu đề tài 12 1.4 Nhiệm vụ đề tài 13 1.5 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu giới hạn đề tài 13 1.6 Phương pháp nghiên cứu 14 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 vi 2.1 Giới thiệu công nghệ ép phun [1,3] 15 2.1.1 Khái niệm công nghệ ép phun 15 2.1.2 Khả công nghệ 15 2.2 Tổng quan máy ép phun 15 2.2.1Hệ thống hỗ trợ ép phun 16 2.2.2 Hệ thống phun 17 2.2.3 Hệ thống kẹp 17 2.2.4 Hệ thống điều khiển 18 2.2.5 Hệ thống khuôn 18 2.3 Tổng quan khuôn ép nhựa [1, 3] 18 2.3.1 Khái niệm chung khuôn ép nhựa 18 2.3.2 Kết cấu chung khuôn 19 2.3.3 Phân loại khuôn ép phun 20 2.4 Tổng quan số loại nhựa thường dùng ép phun [7] 25 2.4.1 ABS (Acrylonitrile butadiene styrene) 25 2.4.2 PC(Polycarbonat) 26 2.4.3 PS (Polystiren) 27 2.4.4 PA6 (polyamide hay nilon 6, hay poly - ɛ - caproamide) 27 2.4.5 PA6 + 30%GF (Polyamide 6+30%Glass Fiber) 28 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ ép phun [3] 29 2.5.1 Nhiệt độ 29 vii 2.5.2 Tốc độ phun 30 2.5.3 Áp suất phun 31 2.6 Lý thuyết truyền nhiệt [4] 32 2.6.1 Các phương thức trao đổi nhiệt 32 2.6.2 Trao đổi nhiệt đối lưu 33 Chƣơng MƠ TẢ THÍ NGHIỆM 35 3.1 Thiết kế sản phẩm thí nghiệm 35 3.2 Thiết kế khối insert 36 3.3 Kết cấu khuôn sau gia công 37 3.3.1 Bạc cuống phun 37 3.3.2 Vòng định vị 35 3.3.3 Tấm kẹp trước 38 3.3.4 Tấm khuôn âm, bạc dẫn hướng đầu nối nước 39 3.3.5 Tấm lói (tấm tháo) bạc dẫn hướng khơng vai 40 3.3.6 Tấm khuôn dương chốt dẫn hướng 40 3.3.7 Các khối insert 41 3.3.8 Đầu nối nước làm nguội 42 3.3.9 Gối đỡ 43 3.3.10 Tấm giữ 43 3.3.11 Tấm đẩy 43 3.3.12 Tyren 44 viii 3.3.13 Lòxo 44 3.3.14 Tấm kẹp sau 44 3.3.15 Lắp ráp phần khuôn cố định 45 3.3.16 Lắp ráp phần khuôn di động 45 3.3.17 Lắp ráp khn hồn chỉnh 46 3.4 Phương pháp gia nhiệt cho lòng khuôn điện trở (heater) 46 3.4.1 Khái quát phương pháp gia nhiệt cho khuôn ép 46 3.4.2 Ưu nhược điểm phương pháp gia nhiệt điện trở gia nhiệt 47 3.4.3 Hệ thống gia nhiệt điện trở gia nhiệt dùng thí nghiệm 47 3.4.4 Nguyên lý gia nhiệt cho trình ép phun 49 3.5 Máy chiếu biên dạng Tesa-Scope II 300V 50 3.6 Công thức tính độ co rút lỗ theo trục x 51 3.7 Khái quát máy phân tích nhiệt labsys EVO 52 3.8 Máy đo 3D ATOS ScanBox 54 3.9 Phương pháp đo 56 3.9.1 Phương pháp đo nhiệt vi sai (DSC) 56 3.9.2 Phương pháp đo độ tròn sản phẩm 57 3.9.3 Phương pháp đo độ co rút theo trục X 58 Chƣơng THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 59 4.1 Thí nghiệm gia nhiệt đo bề mặt lịng khn 59 4.2 Ép sản phẩm [7] 62 ix 4.2.1 Điều kiện thí nghiệm cho loại nhựa 62 4.2.2 Nhựa ABS, với nhiệt độ khuôn thay đổi 66 4.2.3 Nhựa ABS, với nhiệt độ nhựa thay đổi 67 4.2.4 Nhựa PA6+30%GF, với nhiệt độ khuôn thay đổi 69 4.2.5 Nhựa PA6+30%GF, với nhiệt độ nhựa thay đổi 70 4.2.6 Nhựa PS, với nhiệt độ khuôn thay đổi 72 4.2.7 Nhựa PS, với nhiệt độ nhựa thay đổi 73 4.2.8 Nhựa PC, với nhiệt độ khuôn thay đổi 75 4.2.9 Nhựa PC với nhiệt độ nhựa thay đổi 76 4.2.10 Nhựa PA6 với nhiệt độ khuôn thay đổi 78 4.2.11 Nhựa PA6 với nhiệt độ nhựa thay đổi 79 4.3 Phân tích kết đo mẫu 81 4.3.1 Kết đo nhiệt vi sai (DSC) 82 4.3.2 Kết đo độ tròn sản phẩm 99 4.3.3 Kết độ co rút theo trục X với nhiệt độ khuôn thay đổi 112 4.3.4 Kết độ co rút theo trục X với nhiệt độ nhựa thay đổi 143 4.3.5 So sánh độ co rút nhiệt độ khuôn nhiệt độ nhựa 174 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 191 5.1 Kết đạt đề tài 191 5.2 Hướng phát triển đề tài 192 TÀI LIỆU THAM KHẢO 193 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASTM: American Society for Testing and Materials CAE: Computer Aided Engineering RHCM: Rapid Heating Cycle Molding ABS: Ayrylonitrile Butadiene Styrene PA6: Polyamide hay nilon PA6+30%GF: Nylon 6+30% Glass fiber hay Polyamide 6+30% Glass fiber PS: Polystiren PC: Polycarbonat tk: Nhiệt độ khuôn tm: Nhiệt độ nhựa xi Bảng 4.3 Thông số nhiệt độ nhựa thích hợp cho bề dày loại nhựa ép phun Bề dày Nhiệt độ Nhiệt độ nhựa o mẫu Loại nhựa khn ( C) ép có sai lệch đường (mm) kính nhỏ (oC) ABS 70 230 PA6+30%GF 70 270 0.5 PS 30 180 PC 80 270 ABS 70 245 PA6+30%GF 70 265 0.75 PS 30 180 PC 80 275 ABS 70 245 PA6+30%GF 70 250 PS 30 180 PC 80 275 4.2.5 So sánh độ co rút nhiệt độ khuôn nhiệt độ nhựa 4.2.5.1 Nhựa PA6+30%GF a Nhựa PA6+30%GF với insert 0.75 mm 24 Hình 4.14: Biểu đồ so sánh độ co rút nhiệt độ khuôn nhiệt độ nhựa nhựa PA6+30%GF theo vị trí lỗ có bề dày 0.75mm Hình 4.15: Biểu đồ thể phần trăm sai lệch độ co rút nhiệt độ khuôn nhiệt độ nhựa nhựa PA6+30%GF có bề dày 0.75mm Nhận xét: Từ hình 4.14 & 4.15 ta nhận thấy rằng: Với nhiệt độ nhựa 265°C nhiệt độ khuôn khơng đổi 70°C phần trăm độ co rút nhỏ nhiệt độ khuôn 110°C với nhiệt độ nhựa không đổi 250°C Vậy chọn nhiệt độ nhựa 265°C cho trình ép tốt nhất, hệ số co rút nhỏ thực nghiệm Kết luận: Qua kết từ việc so sánh độ co rút nhiệt độ khn nhiệt độ nhựa ta tìm nhiệt độ nhựa nhiệt độ khuôn hợp lý để ép phun nhằm tạo sản phẩm có hệ số co rút nhỏ ứng với loại nhựa có bề dày thay đổi từ 0.5, 0.75, 1mm 25 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết đạt đƣợc đề tài Luận văn hoàn tất đạt yêu cầu đề ra, bao gồm:  Thiết kế gia cơng hồn thiện khối insert thành phần khuôn  Sử dụng hệ thống gia nhiệt với heater công suất 200W đáp ứng nhu cầu gia nhiệt nhanh cho lịng khn, nhiệt độ lịng khn ổn định 120oC  Ép mẫu thử đạt yêu cầu  Kết thực nghiệm đạt được:  Khi nhiệt độ khn tăng nhiệt độ kết tinh nhiệt độ chuyển pha mẫu sản phẩm tăng Do nhiệt độ khn tăng độ co rút lỗ giảm  Độ trịn vị trí lỗ mẫu sản phẩm tương đối tròn nhiệt độ khuôn tăng Nên nhiệt độ khuôn tăng độ co rút lỗ giảm  Đưa nhiệt độ khuôn nhiệt độ nhựa thích hợp q trình ép phun thực nghiệm, cho sản phẩm có hệ số co rút sai lệch hình dạng lỗ nhỏ đồng theo trục x Bảng 5.1: Nhiệt độ khn nhiệt độ nhựa thích hợp thực nghiệm ép sản phẩm có hệ số co rút nhỏ đồng Bề dày mẫu (mm) 0.5 Loại nhựa Nhiệt độ khn thích hợp (oC) Nhiệt độ nhựa thích hợp (oC) ABS 70 230 PA6+30%GF 100 250 PS 60 180 26 0.75 PC 90 265 ABS 70 245 PA6+30%GF 70 265 PS 50 180 PC 90 265 ABS 85 230 PA6+30%GF 70 250 PS 50 180 PC 90 265 5.2 Hƣớng phát triển đề tài  Nghiên cứu thiết kế gia công khối insert cho sản phẩm mẫu thử có chiều dày nhỏ như: 0,25 mm, 0,2 mm, 0,1 mm  Nghiên cứu phương pháp giải nhiệt cho lịng khn sau chu kỳ ép sản phẩm để tạo sản phẩm có nhiệt độ gia nhiệt lịng khn cao  Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp gia nhiệt heater đến độ co rút loại nhựa khác  Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp gia nhiệt heater đến dạng tính khác sản phẩm nhựa  Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp gia nhiệt khác so sánh kết thu với phương pháp gia nhiệt heater 27 TÀI LIỆU TH M KHẢO Tiếng Việt [1] Th.S Hồng Tiến Dũng, Giáo trình Khn mẫu, ĐH Cơng nghiệp Hà Nội, 2008 [2] Trần Quốc Hùng, Giáo trình Dung Sai – Kỹ thuật Đo, NXB ĐHQG Tp HCM, 2012 [3] TS Phạm Sơn Minh, Th.S Trần Minh Thế Un, Giáo trình Thiết kế chế tạo khn phun ép nhựa, NXB ĐHQG Tp HCM, 2014 [4] PGS Trần Hữu Quế, TS Đặng Hinh Cứ, GVC Nguyễn Văn Tuấn, Giáo trình, Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí, NXB Giáo Dục, 2005 [5] TS Phạm Sơn Minh, PGS Đỗ Thành Trung Điều chỉnh nhiệt độ khn q trình làm nguội theo xung động động dịng chảy Tạp chí Khoa học Công nghệ, số 52, 2014, tr 123-132 Tiếng Anh [6] ASTM D955 - 08(2014) Standard Test Method of Measuring Shrinkage from Mold Dimensions of Thermoplastics [7] Plasztic injection handbook [8] STANDARD COMPONENTS FOR PLASTIC MOLD 2007-2008 Contents [9] Xi-Ping Li, Guo-Qun Zhao, Yan-Jin Guan, Ming-Xing Ma.Optimal design of heating channels for rapid heating cycle injection mold based on response surface and genetic algorithm, Materials and design Volume 30, Issue 10, December 2009, p 4317 – 4323 [10] Wang Guilong, Zhao Guoqun, Li Huiping, Guan Yanjin Analysis of thermal cycling efficiency and optimal design of heating/cooling systems for rapid heat cycle injection molding process, Materials and design, volume 31, Issue 7, December 2010, p 3426 - 3441 [11] Wang Guilong, Zhao Guoqun, Li Huiping, Guan Yanjin Threedimensional thermal response and thermomechanical fatigue analysis for a large LCD TV frame mold in steam-assisted rapid heat cycle molding Materials and design, volume 34, Issue 2, December 2011, p 108 - 122 28 [12] Wang Guilong, Zhao Guoqun, Li Huiping, Guan Yanjin Research of thermal response simulation and mold structure optimization for rapid heat cycle molding processes, respectively, with steam heating and electric heating Materials and design, volume 31, Issue 1, December 2010, p 382 - 395 [13] T Osswald., S Turng and P Gramann., Injection Molding Handbook, Hanser publishing, Ohio – USA, 2nd Edition, 2008 [14] Shia C Chen., Wen R Jong., Yaw J Chang., Jen A Chang., Jin C Cin., Rapid mold temperature variation for assisting the micro injection of high aspect ratio micro – feature parts using induction heating technology, J Micromech Microeng 16, 2006 [15] Charles A Harper., Handbook of Plastic Processes, John Wiley & Sons Inc, 2002 [16] M St Jacques, Analysis of thermal warpage in injection molded flat parts due to unbalanced cooling, Polym Eng Sci, 1982, Vol 22, p 241–245 [17] S.J Liu, Modeling and simulation of thermally induced stress and warpage in injection molded thermoplastics, Polym Eng Sci., 1996, Vol 36 (6), p 807–818 [18] B H Lee andB H Kim,Optimization of part wall thicknesses to reduce warpage of injection-molded parts based on the modified complex method, Polym-Plastic Technol Eng, 1995, Vol 34(5), p 793– 811 [19] K Hiroyuki and K Kiyohito, Warpage anisotropy and part thickness, Polym Eng Sci., 1996, Vol 36 (10), p 1326–1335 [20] S J Liao, D Y Chang, H J Chen, L S Tsou, J R Ho andH T Yau, Optimal process conditions of shrikage and warpage of thin-wall parts Polym Eng Sci, 2004, Vol 44(5), p 917–928 29 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN ĐẾN ĐỘ CO RÚT CỦA SẢN PHẨM NHỰA THÀNH MỎNG EFFECT OF MOLD TEMPERATURE ON THE WARPAGE OF THIN WALL INJECTION MOLDING PRODUCT Nguyễn Vinh Dự 1, Nguyễn Phan Khánh Tâm2, Cao Hoài Bảo Anh3 Lưu Phương Minh4, Nguyễn Hữu Lộc4 Trung tâm Nghiên cứu Chuyển giao Công nghệ Tp HCM Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh Tóm tắt Trong báo này, q trình phun ép sản phẩm nhựa ABS tiến hành đo lường với thay đổi nhiệt độ khuôn từ 70°C đến 90oC Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến độ co rút lỗ sản phẩm nhựa dạng xem xét với chiều dày thay đổi từ 0.5 mm đến 1.0 mm Kết nghiên cứu cho thấy với mức nhiệt độ khuôn khác nhiệt độ nhựa loại nhựa khơng thay đổi ta tìm nhiệt độ khn thích hợp sản phẩm có độ co rút nhỏ đồng Nhìn chung, với chiều dày 0.5 mm 0.7 mm, với nhiệt độ khuôn 70°C, nhiệt độ nhựa 230°C, độ co rút nhỏ nhất, đồng thực nghiệm Từ khóa: Khn phun ép nhựa, nhiệt độ nhựa, độ cong vênh, chiều dày Abstract In this paper, the injection molding process of ABSis experimented and estimatedas a function ofmold temperature from 70oC to 90oC The effect of mold temperature on the warpage of plate isexamined with several plate thicknessesfrom0.5 mmto1.0 mm The result shows that with the same melt temperature, the best value of mold temperature could be defined for reducing the warpage In general, by experiment, with the part thickness of 0.5 mm and 0.7 mm, with the mold temperature of 70oC and melt temperture of 230oC, the warpage is lowest, and most uniformity Keyword: Injectionmolding, melt temperature, plate warpage, plate thickness Giới thiệu chung Hiện thị trường có nhiều sản phẩm nhựa Từ sản phẩm loại dụng cụ dùng học tập như: Thước, viết, hay đồ chơi trẻ em… sản phẩm phức tạp như: vỉ thuốc, vỏ điện thoại, chi tiết dùng dụng cụ y tế, xe máy, ô tô… làm nhựa Các sản phẩm có hình dáng, màu sắc phong phú chúng góp phần cho sống tiện nghi Với tính chất như: độ dẻo dai, nhẹ, tái chế, khơng có phản ứng hóa học với khơng khí điều kiện bình thường…Vật liệu nhựa dần thay cho loại vật liệu khác như: sắt, nhơm, đồng, kẽm…Do đó, nhu cầu sử dụng vật liệu nhựa tương lai cịn lớn Trong q trình thiết kế chế tạo sản phẩm nhựa dạng với phương pháp phun ép, tượng co rút cong vênh ln xảy sau hồn thành q trình ép Hiện tượng co rút sản phẩm xuất hiện tượng giảm thể tích nhựa trình nguội từ nhiệt độ nóng chảy đến nhiệt độ mở khuôn, tiếp tục đến sản phẩm đạt đến nhiệt độ môi trường Kết tượng co rút vết lõm xuất bề mặt sản phẩm Mặc dù vết lõm ảnh hưởng không nhiều đến chức sản phẩm, tính thẩm mỹ sản phẩm giảm đáng kể Hiện tượng co rút thường xuất vị trí có chiều dày lớn [1, 2] Với sản phẩm nhựa, thiết kế sản phẩm không đối xứng, trình phun ép, sản phẩm khơng nguội đều, đó, tượng co rút khơng đồng tồn thể tích sản phẩm Đây nguyên nhân gây nên tượng cong vênh sản phẩm nhựa lĩnh vực phun ép [3 – 5] Ngược lại với co rút, tượng cong vênh làm sản phẩm giảm đáng kể độ xác kích thước, dẫn đến khơng thỏa mãn yêu cầu khách hàng, trình lắp ráp sản phẩm Ngoài ra, tượng co rút không xuất hiện, ứng suất dư tồn tại, làm ảnh hưởng xấu đến tính sản phẩm trình làm việc [12–14] Ngày nay, nhu cầu thị trường ngày cao sản phẩm cơng nghệ cao, địi hỏi chúng phải nhỏ gọn, mỏng đẹp Nhất sản phẩm cơng nghệ thơng minh Smart phone, máy tính bản, laptop, dụng cụ y tế…Do địi hỏi cơng nghệ ép phun phải đáp ứng nhu cầu phải tạo sản phẩm mỏng có độ xác cao Nhưng biết sản phẩm thành mỏng ép sản phẩm khó xác nhựa bị co rút, gây khó khăn q trình lắp ráp chế tạo sản phẩm thành mỏng Những sản phẩm nhựa khác có hệ số co rút khác Để khắc phục nhựa co rút sau ép tăng nhiệt độ khn Vì tăng nhiệt độ khn làm cho co rút định hình đầy đủ, giảm co rút sau Đồng thời làm giảm ứng suất nội tăng chất lượng bề mặt sản phẩm Trong nghiên cứu này, phương án gia nhiệt cho lịng khn mức nhiệt độ khác tiến hành thí nghiệm nhằm so sánh rút kết luận nhiệt độ khn cho sản phẩm có độ co rút nhỏ Với mục tiêu này, nhóm tác giả thiết kế ba insert để chèn vào lịng khn tạo ba sản phẩm có thành mỏng 0.5 mm; 0.75 mm; mm Sau tiến hành ép thay đổi nhiệt độ khuôn mức nhiệt độ 70°C, 75°C, 80°C, 85°C, 90°C Sau đó, sản phẩm mẫu tiến hành đo thực tế đưa kết Mơ tả thí nghiệm Trong nghiên cứu này, nhựa Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) sử dụng q trình thí nghiệm với thơng số phun ép trình bày Bảng Sản phẩm nhựa có kích thước hình dáng Hình Với sản phẩm này, chiều dày mặt đáy (a) thiết kế với giá trị: 0.5 mm, 0.75 mm, 1.0 mm Các sản phẩm phun ép nghiên cứu có dạng hình chữ nhật thiết kế với kích thước 60 mm x 40 mm x mm Ở mặt đáy sản phẩm có 10 lỗ dùng để liên kết cới sản phẩm khác trình sử dụng Bộ khn thí nghiệm thiết kế với phần insert có hình dáng Hình Nhằm phục vụ cho trình phun ép với chiều dày khác nhau, khối insert đuộc chế tạo Ngoài ra, để hạn chế thất nhiệt q trình gia nhiệt cho khối insert, mặt bên gia công phay xuống 0.5 mm nhằm tạo rãnh cách nhiệt Với trình gia nhiệt giải nhiệt, lỗ đặt điện trở kênh giải nhiệt thiết kế chế tạo khối insert Khối insert lắp vào nửa khuôn di động Hình Trong q trình thí nghiệm, nhiệt độ khuôn điều chỉnh mức nhiệt độ70°C, 75°C, 80°C, 85°C, 90°C, thời gian điền đầy khuôn giây, thời gian định hình giây, áp suất phun áp suất định hình điều chỉnh 100 MPa, thời gian giải nhiệt 15 giây Khi nhựa nóng chảy phun vào lịng khn để tạo sản phẩm, đường nhựa, nhiệt độ dịng nhựa nóng bị thất truyền qua khuôn bù đắp lại phần nhờ ma sát phần tử nhựa di chuyển Đó ngun nhân mà số trường hợp, nhựa khó khơng thể điền đầy vị trí xa cổng phun, gây khuyết tật cho sản phẩm Để cải thiện tình trạng đó, cách đơn giản dùng điện trở gia nhiệt (heater), heater bù đắp lại lượng nhiệt bị dòng nhựa cách gia nhiệt cho lịng khn Kết sản phẩm tạo tốt hơn, chất lượng khuyết tật giảm đáng kể Khi trình ép phun khởi động, hạt nhựa khoang chứa máy ép phun làm nóng chảy Trong đó, hệ thống gia nhiệt bắt đầu hoạt động, nhiệt độ khuôn yêu cầu thiết lập điều khiển nhiệt độ, điện trở gia nhiệt nung nóng, truyền nhiệt cho lịng khn Lúc này, nhiệt độ lịng khn cảm biến nhiệt thu thập đưa điều khiển nhiệt độ Khi nhiệt độ lịng khn tới giá trị nhiệt độ thiết lập trước đó, điều khiển ngắt nguồn cấp điện trở gia nhiệt, tức điện trở ngừng hoạt động nhiết độ khuôn xuống giá trị thiết lập Hình 1: Kích thước sản phẩm Hình 2: Thiết kế khối insert Hình 3: Nửa khuôn di động sau lắp ráp Hình 4: Máy chiếu biên dạng Tesa-scope II 300V Hình 5: Đo độ cong vênh sản phẩm Trong trình thực nghiệm, ứng với trường hợp nhiệt độ khuôn, 20 chu kỳ phun ép tiến hành ép thử nhằm đảm bảo hệ thống đạt trạng thái ổn định Sau đó, 10 chu kỳ tiến hành thu thập mẫu cho trình đo độ cong vênh Độ cong vênh lỗ tiến hành đo máy chiếu biên dạng Tesa-scope II 300V Hình với gốc tọa độ thứ tự lỗ Hình Ứng với loại nhiệt độ khuôn chiều dày sản phẩm, 10 mẫu đo, giá trị trung bình lần đo sử dụng nhằm so sánh phân tích với trường hợp khác Trong trình đo, hệ số co rút theo trục x xác định theo công thức: ∅ Wx = ∅𝑙𝑡𝑥 x 100% Trong đó: Wx: độ co rút theotheo trục x (%), ∅x: Sai lệch kích thước lỗ theo trục x, ∅x = |∅𝑡𝑏𝑥 − ∅𝑙𝑡|(mm), ∅𝑡𝑏x: Kích thước lỗ trung bình thực tế theo trục x (mm), ∅𝑙𝑡: Là kích thước thiết kế (mm) Bảng 1: Thông số phun ép nhựa ABS Nhiệt độ nhựa 230 °C Nhiệt độ khuôn 70°C, 75°C, 80°C, 85°C, 90°C Tốc độ phun 80 - 240 mm/s Nhiệt độ sấy 70.0 - 93.3 °C Thời gian sấy 2.0 - 24.0 Độ ẩm cho phép 0.010 - 0.150 % Áp suất phun 35 kg/cm2 Đánh giá kết Hình trình bày sản phẩm thực sau trình phun ép với vật liệu nhựa ABS Bảng 2, 3, trình bày kết đo hệ số co rút lỗ ứng với mức nhiệt độ khuôn khác Với chiều dày sản phẩm khác nhau, kết sau rút ra: (*) Với chiều dày sản phẩm 0.5 mm: Với sản phẩm dày 0.5 mm với nhiệt độ nhựa 230oC, nhiệt độ khuôn thay đổi từ 70oC đến 90oC, ta thấy phần trăm sai lệch đường kính biến thiên liên tục giống hàm sin Hình Với nhiệt độ khn 85oC, tỉ lệ phần trăm sai lệch đường kính lớn có giá trị thay đổi liên tục từ 0.52% đến 1.62% Tỉ lệ phần trăm sai lệch đường kính lớn vị trí lỗ số với giá trị 1.62% Ngược lại, tỉ lệ phần trăm sai lệch đường kính nhỏ lỗ số với giá trị 0.52% Trong trường hợp này, nhiệt độ khn 70oC có phần trăm sai lệch đường kính lỗ biến thiên đồng (thay đổi từ 0.4% Đến 1.46%) có giá trị nhỏ so với trường hợp nhiệt độ khuôn khác Như vậy, với chiều dày 0.5 mm, nhiệt độ khuôn 70oC tối ưu Hình 6: Sản phẩm có bề dày 0.5 mm Bảng 2: Độ co rút theo trục x lỗ ứng với chiều dày sản phẩm 0.5 mm Lỗ 10 oC 70 0.44 0.68 0.54 1.12 1.06 0.4 0.9 1.12 1.46 0.42 oC 75 0.5 1.16 0.94 1.14 0.54 0.64 0.94 0.98 1.44 0.7 Độ co rút (%) 80 oC 85 oC 0.4 1.28 0.5 1.12 0.82 1.22 1.46 1.62 0.46 0.52 0.94 0.9 1.36 0.88 1.36 1.28 1.38 1.7 0.34 1.26 90 oC 1.26 1.42 1.54 1.44 0.9 1.1 1.06 1.1 1.34 0.76 Hình 7: Độ co rút lỗ với chiều dày sản phẩm 0.5 mm (*) Với chiều dày sản phẩm 0.75 mm: Với sản phẩm dày 0.75 mm với nhiệt độ nhựa 230oC, nhiệt độ khuôn thay đổi từ 70oC đến o 90 C, ta thấy phần trăm sai lệch đường kính biến thiên liên tục hàm sin Hình Với nhiệt độ khn 90oC, tỉ lệ phần trăm sai lệch đường kính lớn có giá trị thay đổi liên tục từ 0.08% đến 1.52% Tỉ lệ phần trăm sai lệch đường kính lớn vị trí lỗ số với giá trị 1.52% Ngược lại, tỉ lệ phần trăm sai lệch đường kính nhỏ lỗ số với giá trị 0.08% Trong trường hợp này, nhiệt độ khn 70 oC có phần trăm sai lệch đường kính lỗ biến thiên đồng (thay đổi từ 0.04% đến 1.26%) Như vậy, tương tự chiều dày 0.5 mm, với chiều dày 0.75 mm, nhiệt độ khuôn 70oC tối ưu Bảng 3: Độ co rút theo trục x lỗ ứng với chiều dày sản phẩm 0.75 mm Lỗ 10 70 oC 0.62 0.32 0.54 0.3 1.06 0.8 0.36 1.26 0.06 0.04 75 oC 0.28 0.46 0.36 0.42 0.98 0.7 0.16 0.14 0.88 1.02 Độ co rút (%) 80 oC 85 oC 0.44 0.92 1.3 0.96 0.9 0.92 0.44 0.4 0.72 0.42 0.66 0.38 1.4 0.84 1.18 1.18 0.52 0.26 1.02 1.44 90 oC 0.08 1.14 1.52 0.34 1.14 0.82 0.7 0.48 0.58 0.34 Hình 8: Độ co rút lỗ với chiều dày sản phẩm 0.75 mm Bảng 4: Độ co rút theo trục x lỗ ứng với chiều dày sản phẩm 1.0 mm Lỗ 10 70 oC 0.62 0.32 0.54 0.3 1.06 0.8 0.36 1.26 0.06 0.04 75 oC 0.28 0.46 0.36 0.42 0.98 0.7 0.16 0.14 0.88 1.02 Độ co rút (%) 80 oC 85 oC 0.44 0.92 1.3 0.96 0.9 0.92 0.44 0.4 0.72 0.42 0.66 0.38 1.4 0.84 1.18 1.18 0.52 0.26 1.02 1.44 90 oC 0.08 1.14 1.52 0.34 1.14 0.82 0.7 0.48 0.58 0.34 (*) Với chiều dày sản phẩm 1.0 mm: Với sản phẩm dày mm với nhiệt độ nhựa 230oC, nhiệt độ khuôn thay đổi từ 70oC đến o 90 C, ta thấy phần trăm sai lệch đường kính biến thiên liên tục hàm sin Hình Với nhiệt độ khn 80oC, tỉ lệ phần trăm sai lệch đường kính lớn nhất, với giá trị thay đổi liên tục từ 0.18% đến 2.68% Tỉ lệ phần trăm sai lệch đường kính lớn vị trí lỗ số với giá trị 2.68% Ngược lại, tỉ lệ phần trăm sai lệch đường kính nhỏ lỗ số với giá trị 0.18% Trong trường hợp này, nhiệt độ khuôn 85oC có phần trăm sai lệch đường kính lỗ biến thiên đồng (thay đổi từ 0.28% đến 1.26%) Như vậy, chiều dày sản phẩm 1.0 mm, nhiệt độ khuôn 85oC cho tỉ lệ co rút nhỏ Hình 9: Độ co rút lỗ với chiều dày sản phẩm 1.0 mm Kết luận Qua q trình thí nghiệm đo kiểm thực tế, nhóm tác giả thiết kế gia cơng hồn thiện khối insert thành phần khuôn, sử dụng hệ thống gia nhiệt với heater công suất 200W đáp ứng nhu cầu gia nhiệt nhanh cho lịng khn, nhiệt độ lịng khn ổn định mức nhiệt độ yêu cầu Qua trình phân tích kết đo, kết luận sau rút ra:  Qua kết từ trình đo lường so sánh, ta thấy mẫu bề dày thay đổi từ 0.5 mm, 0.75 mm, 1mm ép phun với nhựa ABS, với mức nhiệt độ khuôn khác nhiệt độ nhựa loại nhựa khơng thay đổi tìm nhiệt độ khn thích hợp sản phẩm có độ co rút nhỏ đồng  Nhìn chung, với chiều dày 0.5 mm 0.7 mm, với nhiệt độ khuôn 70°C, nhiệt độ nhựa 230°C phần trăm độ co rút nhỏ, đồng tối ưu thực nghiệm Lời cảm ơn Nhóm tác giả nghiên cứu chân thành cảm ơn ủng hộ tài trợ kinh phí Sở Khoa học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, cảm ơn trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM tạo điều kiện cho nhóm q trình thực thí nghiệm Tài liệu tham khảo [1] Wang Guilong, Zhao Guoqun, Li Huiping, Guan Yanjin, Three-dimensional thermal response and thermomechanical fatigue analysis for a large LCD TV frame mold in steam-assisted rapid heat cycle molding, Materials and design, volume 34, Issue 2, December 2011, Pages 108 - 122 [2] M St Jacques, Analysis of thermal warpage in injection molded flat parts due to unbalanced cooling, Polym Eng Sci, 1982, Vol 22, p 241–5 [3] S.J Liu, Modeling and simulation of thermally induced stress and warpage in injection molded thermoplastics, Polym Eng Sci., 1996, Vol 36 (6), p 807–818 [4] M Kurokawa, Y Uchiyama, T Iwai andS Nagai, Performance of plastic gear made of carbon fiber reinforced PA66, Wear, 2003, Vol 254(5-6), p 468–473 [5] R Selden,Thin wall molding of engineering plastics – A literature survey J Inject Mold Technol, 2000, p 159–165 [6] B H Lee andB H Kim,Optimization of part wall thicknesses to reduce warpage of injection-molded parts based on the modified complex method, Polym-Plastic Technol Eng, 1995, Vol 34(5), p 793– 811 [7] Wang Guilong, Zhao Guoqun, Li Huiping, Guan Yanjin Analysis of thermal cycling efficiency and optimal design of heating/cooling systems for rapid heat cycle injection molding process, Materials and design, volume 31, Issue 7, December 2010, Pages 3426 – 3441 [8] Y Dongang and K Byung, Direct-search-based automatic minimization of weldlines in injectionmolded parts, Polym-Plastics Technol Eng, 1998, Vol 37(4), p.509–525 [9] K Hiroyuki and K Kiyohito, Warpage anisotropy and part thickness, Polym Eng Sci., 1996, Vol 36 (10), p 1326–1335 [10] S J Liao, D Y Chang, H J Chen, L S Tsou, J R Ho andH T Yau, Optimal process conditions of shrikage and warpage of thin-wall parts Polym Eng Sci, 2004, Vol 44(5), p 917–28 [11] Xi-Ping Li, Guo-Qun Zhao, Yan-Jin Guan, Ming-Xing Ma, Optimal design of heating channels for rapid heating cycle injection mold based on response surface and genetic algorithm, Materials and design Volume 30, Issue 10, December 2009, Pages 4317 – 4323 [12] G.U Yuanxian, L.I Haimei and S Changyo, Numerical simulation of thermally induced stress and warpage in injection-molded thermoplastics, Adv Polym Technol., 2001, Vol 20 (2),p 14–21 [13] R A Harris, R J M Hague and P M Dickens, The structure of parts produced by stereolithography injection mold tools and the effect on part shrinkage, Int J Machine Tools Manufact, 2004, Vol 44(1), p 59–64 [14] K Beiter, K Ishii and L Hornherger, Proposed a geometry-based sink index to predict the sink mark depth of injection-molded parts, ASME-DED, 1991 Vol 31, p 111 ... nghệ ép phun phải đáp ứng nhu cầu phải tạo sản phẩm mỏng có độ xác cao Nhưng biết sản phẩm thành mỏng ép sản phẩm khó xác nhựa bị co rút, gây khó khăn q trình lắp ráp chế tạo sản phẩm thành mỏng. .. 11oC, gia nhiệt lịng khuôn lên đến 120oC Với mức nhiệt độ khuôn khác nhiệt độ nhựa không thay đổi mức nhiệt độ nhựa khác nhiệt độ khn thay đổi, kết thí nghiệm xác định nhiệt độ khn, nhiệt độ nhựa. .. liệu nhựa 1.3 Mục tiêu đề tài - Phân tích, đánh giá độ xác lỗ sản phẩm nhựa thành mỏng với loại nhựa: PA6+30%GF, ABS, PS, PC, PA6 - Xác định khoảng nhiệt độ khuôn nhiệt độ nhựa phù hợp trình ép sản