Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cân bằng nhiệt trong khuôn ép phun kênh dẫn nóng

Trước đây, khi sử dụng khuôn thông thường có một số nhược điểm sau: các sảnphẩm sau khi ép phun vẫn chưa tách khỏi hệ thống kênh nhựa đuôi keo mà cần cóthao tác tháo gỡ thủ công đối với

PHAN THỊ THÚY LIỄU

Đề tàiNGHIÊN CỨU CAN BANG NHIỆT TRONG

KHUÔN ÉP PHUN KENH DẪN NÓNGChuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy 2011

Mã số học viên: 11044541

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 06 năm 2013

TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA — ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN

Cán bộ chấm nhận xét 2 : tt S333 E9818 1885858 E555318E5E5E18 E558 E555 e5

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bach Khoa, ĐHQGTP HCM ngày tháng năm

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành

sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

NHIEM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phan Thị Thúy Liễu MSHV: 11044541

Ngày, tháng, năm sinh: 13/03/1987 Nơi sinh: Trà Vinh

Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Mã số: 605204I- TEN DE TÀI: Nghiên cứu cân bằng nhiệt trong khuôn ép phun kênh dẫn nóngH- NHIEM VU VÀ NỘI DUNG:

— Nghiên cứu tong quan về hệ thống kênh dẫn nóng

— Phan tích và so sánh các phương án

— _ Tính toán cân băng nhiệt—_ Thiết kế và mô phỏngHI- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013V- CÁN BỘ HƯỚNG DÂN: PGS.TS Đặng Văn Nghìn

LỜI CÁM ƠN

ee Wx

Lời dau tiên em xin bay tỏ lòng tri ân sâu sắc đến thay PGS.TS.Dang Van Nghìn

và Cô PGS.TS.Thái Thị Thu Hà đã tận tình hướng dẫn cũng như hỗ trợ và giúp đỡ

em vượt qua nhiều khó khăn trong suốt thời gian thực hiện luận văn.Em cũng xin được gởi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường, quý thầy — cô khoaCơ khí, cùng các Cán bộ - Giảng viên của trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiệntốt cho em học tập và nghiên cứu tại trường

Đặc biệt là em cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến gia đình,cha — mẹ chắng những đã hỗ trợ cho em về mặt vật chất mà còn là chỗ dựa vững chắcvề mặt tinh thần, giúp em có đủ sức mạnh vượt qua mọi khó khăn và thử thách hoàn

thành luận văn đúng hạn.

Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến các bạn đồng nghiệp, các bạn học viênngành Công nghệ chế tạo máy mà đặc biệt là các bạn khóa 2011 của trường đã cónhững ý kiến đóng góp cho em trong thời gian thực hiện luận văn nay

TP.HCM, ngày tháng năm 2013

Phan Thị Thúy Liễu

TÓM TAT LUẬN VĂN

sx LO ee

Khác với hệ thống kênh dẫn nguội truyền thống thì khuôn ép phun str dung hệthống kênh dẫn nóng có một số ưu thế như hiệu suất cao, chất lượng sản phẩm tốt vàtiết kiệm vật liệu Vì vậy, hệ thống kênh dẫn nóng trong khuôn ép phun đã sớm đượcnghiên cứu và ứng dụng rộng rãi tại một số quốc gia phát triển trên thế giới Từ đó, họcũng đã thu được nhiều thành tựu trong nghiên cứu cũng như những lợi ích kinh tế từchúng Nhiều năm sau đó, ở nước ta mới bắt đầu nghiên cứu hệ thống kênh dẫn nóngvà ứng dụng vào trong sản xuất nhưng đến thời điểm hiện tại thì chỉ có những doanhnghiệp lớn mới sử dung vi chi phí đầu tu cao, do những người sử dụng hệ thống kênh

dân nóng thường có được công nghệ từ nước ngoài.

Một trong những điểm quan trọng trong quá trình vận hành hệ thống kênh dẫnnóng là phải giữ hệ thông trong một trạng thái cân bằng nhiệt để nhựa luôn nóng chảytrong quá trình ép phun, có nghĩa là khi bị ton thất nhiệt thì phải được bi lại bằng cách

gia nhiỆt.

Từ những yêu cầu thực tế, luận văn đã đưa ra cách nhìn tổng quan về tình hình nghiên

cứu cũng như việc sử dụng công nghệ kênh dẫn nóng trên thế giới và trong nước Từ đó.nghiên cứu các van dé cấp thiết hiện nay trong việc sử dụng hệ thống kênh dẫn nóng trongcông nghệ ép phun mà cụ thể ở đây chính là quá trình nghiên cứu cân băng nhiệt cho hệthống Lựa chọn phương án gia nhiệt cho vòi phun và tâm manifold, sau đó mô hình hóa toánhọc trường nhiệt độ của vòi phun và sử dụng phan mềm Matlab lập trình - tính toán mô phỏng

tìm ra khoảng cách hợp lí để bé trí vòi phun Đồng thời, theo các nguyên tắc của truyềnnhiệt, mô hình toán học trạng thái cân bang nhiệt của tam manifold được thiết lập và

phân mêm Ansys được sử dụng đê bô trí tôi ưu của các yêu tô gia nhiệt.

sx LO ee

Unlike cooling runner system, the injection mold has hot runner systems that havelots of advantages such as high efficiency, good quality of products and reasonablematerial using and so on Therefore, hot runner system in the injection mold has beenstudied and applied earlier on and widelier in many developing countries in the world.Then, they have obtained lots of achievements in research as well as economybenefits Many years later, our country has started in doing research hot runnersystems in the injection mold and its applications on manufacturing Nowadays, It isonly applied by the big firms because of its high costs for investment and the its usersthat have imported the construction and equipment of the hot runner technology fromforeign fabricators.

One of the key points in the operating process of the hot runner system has to keepthis system at which is the thermal equilibrium It makes plastic materials melt duringthe injection molding process It is easy to understand that the loss of heat must becompensated by heating.

From the practical requirements, this thesis gave a general overview of the researchsituation as well as using hot runner technology in the world, especially Vietnam.Since then, the studies of the currently urgent problems in the implement of hot runnertechnology in this particular study are the thermal equilibrium of the system in severalsteps First, choose one of many selections for heating nozzle and manifold plate afterthat we use MATLAB software to build the mathematical model of nozzle temperatureand find a reasonable distance for nozzle arrangement In addition, follow to theprinciples of heat transfer, mathematical model in thermal equilibrium of manifoldplate for setting, and ANSYS software is used to optimize the location for elements ofthe heating.

LOI CAM KET

œ8 Wx

Tôi tên: Phan Thị Thúy Liễu, Sinh ngày: 13/03/1987

Học viên lớp: Cao học Công Nghệ Chế Tạo Máy K2011Mã số học viên: 11044541

Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào tạo Sau đại học trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học với đề tài“Nghiên cứu cân bằng nhiệt trong khuôn ép phun kênh dẫn nóng” dưới sự hướng dẫncủa thay PGS.TS Dang Văn Nghin từ ngày 21/01/2013 đến 21/06/2013

-Tôi xin cam kết đây là luận văn tốt nghiệp Cao học do tôi thực hiện -Tôi đã thực

hiện luận văn đúng theo quy định của phòng Dao tạo sau đại học — trường Dai Hoc

Bách Khoa TP.HCM và theo sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Văn Nghìn.Tôi xin hoàn toản chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên, nếu có sai phạm

trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu các hình thức xử lý của

phòng Đào tạo sau đại học và Ban Giảm Hiệu trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí

Minh.

Học viên

Phan Thị Thúy Liễu

MỤC LỤCœ8 LH] x

909.9090007 ivTOM TAT LUẬN VĂN G1 11191211 5 110101111 011101111 11101111 Tung V

1.2.1 Khuôn ép phun sử dụng kênh dẫn nóng - ¿5+ 2 2 2 2 2£ +£+£+Ezxzezezs2 4

1.2.2 Ứng dụng của công nghệ khuôn ép phun kênh dẫn nóng 51.2.3 Ưu - nhược điểm của hệ thống kênh dẫn nóng - 2 2 2555252: 5

1.3 Tình hình nghiên cứu kênh dẫn nóng hiện nayy 5-5-5555 55 52522 ££s s2 81.3.1 Tình hình nghiên cứu kênh dẫn nóng ở nước ngoài - 8

1.3.2 Tình hình nghiên cứu của hệ thống kênh dẫn nóng ở nước ta 131.4 Tinh cấp thiết của dé tài c1 t2 123 1 1212111111 111311 1111011110111 11 1x rk 13

1.5 Mục tiêu của luận văn - - - << << S111 11111 1n re 141.6 Nội dung thực hiện của luận VAN - - - ( c1 111111 19 11111 0 21111111111 kg 141.7 Phương pháp nghiÊn CỨU G1 99391011011 119 0 ngờ 14

CHƯƠNG 2 TONG QUAN VỀ HE THONG KENH DAN NÓNG 15

2.1 Miệng phun - (<< 00 re 162.1.1 Miệng phun dang TmỞ . - c1 1900011 Hee 172.1.2 Miệng phun dang Van - - - G00 re 19

2.1.3 Miệng phun đóng mở băng nhiệt + + 22 + 2 2 2+E£E+E+££E£E£EzEzrzree 20

2.2 VOL phUIn G000 0 họ re 212.2.1 Vòi phun gia nhiệt bên ngoài (<< 1 999 1 ng reg 222.2.2 Vòi phun được gia nhiệt bên trong c1 1 re, 23

2.2.3 Vòi phun theo kiểu dẫn nhiệt - - + 2 2E E2EE£E£E#ESEEEEErErErrrree, 242.3 Tam kênh dẫn (Manifold) - + 2E S252 SE2E£E9EEEEEEEEE9EEE2121125 152112 ee, 252.4 Bạc cuống phun . - 5-5 E1 SE 2E 1 151515 212111515 1111115151111 01 111111101001 xe 28CHƯƠNG 3 CAN BANG NHIET CUA HE THONG KENH DAN NÓNG 313.1 Các van dé co bản của truyền nhiét occ cccseesecsessesesessssssesesescssseseseseseeen 313.1.1 Khái niệm về trường nhiệt độ - + 222 E2 S2 £E+E£E+EzEEErErErerrerees 313.1.2 Phân tích các van dé cơ bản của truyền nhiệt - 2 25252 55cc+cscee: 313.2 Phương pháp gia nhiệt kênh dẫn nóng - ¿5-2 2525252522 £2£z£zEzEzeeeeerered 34

3.2.1 Hệ thống gia nhiệt bên ngoàải - - 2 252% S2 £E£E£ESEEEErErErkrrrree, 353.2.2 Hệ thống gia nhiệt trong - + 25626232 521212151311 1212151111511 11 1E e 363.3 Phân tích cân băng nhiệt các tắm kênh dẫn -. + 2 22 + c2 £2£s+xz£zzze: 363.3.1 Hệ thống gia nhiệt của tam kênh dẫn (manifold) - ¿5-5 555255: 363.3.2 Tính toán điện năng gia nhiệt tam kênh dòng chảy - 5: 403.3.3 Ứng dung tính toán cân bang năng lượng gia nhiệt cho tam manifold 443.4 Phân tích cân băng nhiệt các vòi phun - ¿+2 + 2 2££+E£E+EzE£E£Erezeerereei 463.4.1 Các van dé trong gia nhiệt vòi Phun + 2 25 S2 2£E+E+Ez£zezxccee 473.4.2 Phân tích cân bằng nhiệt cho vòi phun gia nhiệt ngoài - 49Chương 4 MÔ HINH HÓA TOÁN HỌC VÀ MO PHONG TRƯỜNG NHIET ĐỘ 534.1 Sử dụng phần mềm Matlab mô hóa toán học và mô phỏng trường nhiệt độ của

VOL PAUN 0 53

4.1.1 Giới thiệu về phần mềm Matlab cece + 2 25 S2 E2 £E£E£E+EzEz£E£E£EzEerzcee, 53

4.1.2 Mô hóa toán học và mô phỏng trường nhiệt độ của vòi phun 54

4.2 Sử dung phần mềm Ansys dé mô phỏng phan tử hữu hạn trường nhiệt độ củatắm kênh dẫn nóng - ¿E2 SE S23 E919 5 121 1515151121 111515 1111115151111 11x 63

4.2.1 Cơ sở lý thuyết của việc phân tích phan tử hữu hạn - 5 5 5s: 634.2.2 Phân tích các yếu tố phần mềm ANSYS trong kênh dẫn nóng 65Chương 5 KẾT LUẬN ¿-¿- - -EEE E19 9 5E 3 E11 1 1 1 11 1111115131511 1111k 705.1 Kết quả của để tài E1 s22 13 11151311 11111121111 011111151101 11 0111101010120 gy 705.2 Hướng phát triển dé tài -¿- + +52 SE E2 2E 1 3 15151111 1111111111 1111.111 cxe 70TÀI LIEU THAM KHHẢO - c Ss SE E 2E E9E 939198 9111191 E5 1181 113 xnxx ree 71PHU LUC A: CHUONG TRINH 1 TINH TOÁN GIẢI CÁC PHƯƠNG TRÌNH VIPHU LUC B: CHƯƠNG TRINH 2 PHƯƠNG TRINH PHAN BO NHIỆT DO THEOVACH 0 78PHU LUC C: CHƯƠNG TRINH 3 MOI LIEN HE GIỮA KHE HO b VA NANG

LƯỢNG GIA NHIET uu cccccccccccceccscecescscesescscecescscecescscecescaceceecacsecacacecacaceaacaceacacaceeeacaeees 83

PHU LUC D: CHUONG TRINH 4 XÁC ĐỊNH GIA TRI NHIET DO TAI MOT VIPHU LUC E: CHƯƠNG TRINH 5 MO PHONG NHIỆT ĐỘ TRONG V_ I PHUN 85PHU LUC F CAN BANG D NG CHẢY TRONG KHUÔN KENH DAN NONG 86PHU LUC G PHAN TICH MO PHONG TRUONG NHIET DO KENH DAN NONG

LY LICH TRÍCH NGANG - S391 E56 111 8 1 5 118151111 11111281 ri 106

CHƯƠNG 1GIỚI THIEU VE DE TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu chung về ngành công nghiệp nhựa Việt Nam và thé giới hiện nay1.1.1 Tình hình ngành nhựa trên thé giới

Trên thế giới, ngành công nghiệp nhựa dù còn non trẻ so với các ngành công nghiệplâu đời khác như: cơ khí, điện - điện tử, hóa chất, dệt may nhưng là một trong nhữngngành có tốc độ tăng trưởng 6n định của thế giới, trung bình 9% trong vòng 50 nămqua Mặc dù cuộc khủng hoảng kinh tế 2008 tác động lớn tới nhiễu ngành công

nghiệp, ngành nhựa vẫn tăng trưởng 3% trong năm 2009 và 2010 Tăng trưởng của

ngành nhựa Trung Quốc và Ấn Độ đạt hơn 10% và các nước Đông Nam Á với gần

20% năm 2010.

Sự phát triển liên tục và bền vững của ngành nhựa là do nhu cau thế giới đangtrong giai đoạn tăng cao Sản lượng nhựa tiêu thụ trên thế giới ước tính đạt 500 triệutan năm 2010 với tăng trưởng trung bình 5%/năm (theo BASF) Nhu cầu nhựa bìnhquân trung bình của thế giới năm 2010 ở mức 40 kg/năm, cao nhất là khu vực Bắc Mỹvà Tây Au với hơn 100 kg/năm Du khó khăn, nhu cầu nhựa không giảm tại 2 thịtrường này trong năm 2009 — 2010 và thậm chi tăng mạnh nhất ở khu vực châu A —

khoảng 12-15%.

1.1.2 Tình hình ngành công nghiệp nhựa Việt Nam trong những năm gân đâyKé từ năm 2000 trở lại đây, ngành công nghiệp sản xuất nhựa của Việt Nam đã duytrì tốc độ tăng trưởng cao nhờ tiêu dùng trong nước và xuất khâu khẩu tăng mạnh Tiêuthụ nhựa bình quân theo đầu người tại Việt Nam năm 1975 chỉ ở mức Ikg/năm vàkhông có dấu hiệu tăng trưởng cho đến năm 1990 Tuy nhiên, ké từ năm 2000 trở đi,tiêu thụ bình quân đầu người đã tăng trưởng đều đặn va đạt ở mức 12kg/năm và batđầu tăng vọt vào năm 2008 là 34kg/người Đến năm 2010 sức tiêu thụ bình quân đầu

người khoảng 40kg/năm.

40+ E ——— —

- ——“À _30 | = 4 _—_ 34

Hình 1.1 Tiêu thụ sản phẩm nhựa bình quân theo đầu người tại Việt Nam (don vị

kg/người) (Nguồn: Bộ Công Thương )

Trong 10 năm trở lại đây, sản lượng nhựa của Việt Nam đã tăng trưởng nhanh và

đều đặn với tốc độ trung bình là 15%/năm Bat chấp suy thoái kinh tế toàn cầu và biénđộng giá vật liệu nhựa trong năm 2008, sản lượng nhựa Việt Nam vẫn đạt 2,3 triệu tấntăng 22% so với năm 2007 Dự kiến tong sản lượng của cả nước sẽ tiếp tục tăng trongnhiều năm tới

4.000

-Hình 1.2 San lượng nhựa Việt Nam giai đoạn 2000-2010 (don vị: nghìn tan)

(N guon: Hiệp hội nhựa Việt Nam)Trong tong sản lượng nhựa hang năm, sản phẩm nhựa bao bì chiém khoảng 36%trong khi nhựa vật liệu xây dựng, đồ gia dụng và các loại dành cho các ngành côngnghiệp khác như điện tử, điện, giao thông vận tải lần lượt chiếm khoảng 16%, 36% và

12% tương ứng.

Nói chung, rất nhiều công nghệ sản xuất nhựa tiên tiễn đang được áp dụng tại ViệtNam như Công nghệ phưn ép (Injection technology), Công nghệ din-thdi (Blow-Extrusion technology), Công nghệ sản xuất nhựa sử dụng thanh Profile (ProfileTechnology), tuy nhiên chưa được phố biến Từ năm 2005, nhiều nhà sản xuất nhựa tạiViệt Nam đã dau tư đáng kể vào việc nâng cấp trang thiết bi sản xuất và máy móc củahọ để cải thiện sản phẩm nhựa của họ về chất lượng và thiết kế, từ đó nâng cao khảnăng cạnh tranh tại thị trường trong nước vả quốc tế.

Theo các chuyên gia ngành nhựa, doanh nghiệp vẫn gặp không ít khó khăn trongcông tác tạo khuôn mẫu Đối với hang gia dung, mỗi sản phẩm can rất nhiều bộ khuôn,mẫu mã da dang, liên tục thay đối, năng suất cao nhưng nước ta ít có cơ sở dao tạochuyền sâu, chu yếu copy mẫu của nước ngoài, chưa có nhiều sáng tạo, chất lượng cònkém Bên cạnh đó giá cả của phần mén cũng như máy móc thiết bị con khá cao so vớikhả năng dau tư chung nên vẫn còn nhiều cơ sở nhỏ van còn sử dung các phương phápthủ công - truyền thống để chế tạo khuôn mẫu Đây là những mặt hạn chế làm cho sảnphẩm nhựa của nước ta cạnh tranh kém trên thị trường thế giới

1.2 Công nghệ sản xuất sản phẩm nhựa sử dụng công nghệ ép phunCùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành cơ khí chế tạo máy nói chungvà lĩnh vực khuôn mẫu nói riêng đã có những bước tiến quan trọng Điều đó đã gópphân không nhỏ vảo việc tăng năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm và nângcao chất lượng sản pham máy móc và thiết bị

Trong quá trình phát triển đó, ngành nhựa cũng đã có những bước phát triển mangtính đột phá; đó là việc sử dụng kênh dẫn nóng vào trong khuôn ép phun Điều nàygiúp cho năng suất tăng lên rất nhiều (khoảng 30-40%), giảm chi phi sản xuất, khanăng thay đổi kiểu dáng nhanh chóng đồng thời chất lượng sản phẩm cũng được cải

thiện hơn.

Trước đây, khi sử dụng khuôn thông thường có một số nhược điểm sau: các sảnphẩm sau khi ép phun vẫn chưa tách khỏi hệ thống kênh nhựa (đuôi keo) mà cần cóthao tác tháo gỡ thủ công (đối với khuôn hai tam) hoặc dé hệ thống tự cắt đuôi keo thìphải thiết kế khuôn phức tạp hơn và thời gian chu kỳ tăng lên (đối với khuôn 3 tắm).Ngoài ra, còn phải tốn công và chi phí dé tái chế lại nhựa cuống phun, lượng nhựa nàysẽ chiếm tỉ trọng đáng kế so với sản phẩm trong trường hợp sản xuất các loại sản phẩmcó kích thước nhỏ Đặc biệt hơn là đối với các sản phẩm thành mỏng với dat độ bèn,độ bóng và tính thắm mỹ cao theo yêu cầu thì khuôn ép phun kênh dẫn nguội truyền

thống không thể đáp ứng được nhu cầu nên công nghệ kênh dẫn nóng được các nhà

sản xuât xem xét sử dụng vì nhiêu tính năng nôi trội của nó.1.2.1 Khuôn ép phun sử dụng kênh dân nóng

Hệ thống kênh dẫn nóng là một hệ thống kênh dẫn mà vật liệu nhựa trong cáckênh phân phối được giữ ở trạng thái chảy suốt quá trình phun ép Vật liệu nhựa tronghệ thống luôn giữ ở trạng thái chảy dẻo trong tam manifold nóng được gia nhiệt bởicác dây điện trở Áp suất ép đây vật liệu qua tắm manifold nóng và miệng phun đểđiền day chỉ tiết Một hệ thống kênh dẫn nóng một đầu nói với vòi phun của máy épcòn các đầu kia phân phối nhựa đến các lòng khuôn Sử dụng hệ thông Kênh dẫn nóngthì loại trừ được việc đây hệ thống kênh dẫn nhựa và cuồng phun

Đầu nổi điệnTâm khuôn bộ

Khe hở cách ly a Xw Kênh lam nguội

Lễ ren lắp ghép T} Tam đỡ cách nhiệt

tầm khuôn =

— — Bulong lắp ghép

— ci d

Ty dẫn” ˆ { 4 Chốt định hướngHình 1.3 Cấu trúc và thành phần của một hệ thống kênh nóng điền hình [Husky]

1.2.2 Ung dung của công nghệ khuôn ép phun kênh dẫn nóngĐược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ dé gia dụng — dụng cụ học tập,các loại nắp đậy và đóng gói đến thiết bị dùng cho ngành y khoa, điện tử, viễn thông, ôtô vì vậy điều này đồng nghĩa với việc sản phẩm khuôn ép phun đã trở thành một phầnkhông thể thiếu trong cuộc số chúng ta.

1.2.3 Uu - nhược điểm của hệ thong kênh dẫn nóngHệ thống kênh dẫn nóng là một hệ thống kênh dẫn mà vật liệu nhựa trong các kênhphân phối được giữ ở trạng thái chảy suốt quá trình phun ép Vật liệu nhựa trong hệthống luôn giữ ở trạng thái chảy dẻo trong tam manifold nóng được gia nhiệt bởi cácdây điện trở Áp suất ép đây vật liệu qua tam manifold nóng và miệng phun dé điềnday chi tiết Một hệ thống kênh dẫn nóng một đầu nối với vòi phun của máy ép còncác đầu kia phân phối nhựa đến các lòng khuôn Sử dụng hệ thống kênh dẫn nóng thiloại trừ được việc đây hệ thống kênh dẫn nhựa và cuồng phun

So với kênh dân nguội truyên thông thì kênh dân nóng có một sô những ưu và

khuyết điểm như sau:

a Về kinh té* Uy điểm:- Tiét kiệm nguyên vật liệu do không hình thành cuống phun va không tốn chiphí tái chế nhựa cuống phun như kênh dẫn nguội.

- _ Thời gian chu trình ép phun ngắn hon, do thời gian điền day ngắn hơn (khôngqua hệ thống kênh dẫn), không tốn thời gian làm nguội hệ thống kênh dẫn và loại bỏcuốn phun, hành trình khuôn ngắn hơn

- May phun có kích thước nhỏ hon do thé tích trên kênh dẫn nóng giảng (giảmlượng nhựa điền day cho hệ thống kênh dan)

- Chat lượng sản phẩm cao hơn (áp suất được duy trì tốt nên sản phẩm ít bị cong

vênh).

* Nhược điểm:- _ Kết cau khuôn phức tạp nên chi phí khuôn cao- Cac quá trình vận hành hệ thống phức tap hơn đòi hỏi người thợ vận hành máycó tay nghề cao hơn

- Chi phi lap dat, bao tri cao (chong rò ri nhựa, dé hư các thiết bị gia nhiệt, cácđầu phun dễ bị mài mòn khi sản phẩm xuất nhiều)

b Về Công nghệ* Uu điểm:- C6 khả năng tự động hóa cao hơn, làm đơn giản hóa thiết kế một số loại khuôndo không cân phải tách nhựa điền day trong hệ thống kênh dẫn

- Cac miệng phun có thé đặt ở vị trí phù hợp nhất vì đường dẫn nhựa có thé dàihơn khi kiểm soát nhiệt tốt

- _ Hiện tượng sụt áp sẽ giảm thiểu do nhựa trong kênh dẫn luôn được bảo đảm ở

trạng thái nóng chảy.

- Kha năng cân bang dòng chảy được tác động thông qua điều khiến nhiệt độ haybăng những cơ cau đặc biệt (vi dụ như điều chỉnh khe hở vòng hay mang chan trong

kênh chảy)* Nhược diém:

- Co khả năng làm biến tính vật liệu nhựa do nhiệt, đặc biệt đối với các loại nhựa

với nhạy nhiệt độ, khi dòng chảy dài và thời gian lưu lại của nhựa trong kênh dẫn lâu

trong trường hợp chu trình ép phun dài và tốc độ cắt cao

- Can có sự kiêm soát nhiệt độ tô và chính xác vì nêu không sẽ tạo ra các vùng

nhiệt độ không đều làm quá trình điều đầy không đồng nhất.Điểm chênh lệch lớn chính giữa khuôn kênh dẫn nóng và khuôn kênh dẫn truyềnthống là chi phí gia công sau đó và nguyên vật liệu Sử dụng hệ thống khuôn có kênh

dẫn nóng không có nhựa nguội trong kênh dẫn sau mỗi chu kỳ ép phun nên chi phí vật

liệu giảm đi đáng kế đồng thời không tốn chi phí tái chế nhựa Chênh lệch chi phí nàysẽ tăng lên đáng kể khi số lượng sản phẩm ta sản xuất cảng tăng lên Hình 1.5 cho tathay được chi phí sản xuất của 2 loại khuôn với số lượng sản phẩm khác nhau khi sửdụng khuôn 3 tắm và khuôn kênh dẫn nóng Khi số lượng sản phẩm cần sản xuất tăngcao thì mức tiết kiệm chỉ phí của khuôn có kênh dẫn nóng tăng

ol \ — Khuôn thường

110 | y — Khuôn có kênh

100 | dẫn nóng 3

S K2S 80| ` Me

= : ®

= SÑ Chi phí “2= 60} i ON sản xuất -6} Chi phí : 1 a0

5 40; banđầu NỈ 30 an ee: > “Nhan 30

Hình 1.5 Biểu đồ biểu diễn chi phí thay đối theo số lượng sản phẩm.Hiện nay, hệ thông kênh dẫn nóng đã được đưa vào ứng dụng trong trong một sốquá trình sản xuất tự động các chi tiết nhựa nhiệt déo có số lượng lớn Các nhà sảnxuất hiện nay lựa chọn chúng vì tính kinh tế khi sản xuất với sản lượng lớn Trướcđây, người ta thường lo ngại về vẫn đề chất lượng vì nhựa khi sử dụng trong các hệthống kênh dẫn nóng thường dễ biến tính do chất lượng nhựa không 6n định và quátrình kiểm soát nhiệt độ khá khó khăn, nhưng hiện nay, chất lượng nhựa đã rất tốt, nênrat dé gia công trong các hệ thống kênh dẫn nóng nếu được điều khiến nhiệt độ tốt

Như vậy việc điều khiến cân băng nhiệt trong kênh dẫn nóng là cực kỳ quan trongvì nó ảnh hưởng đến hiệu suất sự tan chảy nhựa, chất lượng của các chất nhựa nhiệtdẻo, hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm Cũng chính vì thế mà việc thực hiệnlại rất phức tạp do có rất nhiễu yếu tố tác động đến hệ thông điều chỉnh nhiệt độ kênhdẫn nóng Trường nhiệt độ kênh dẫn nóng cần được phân tích, mô phỏng mô hình toánhọc của phân tích tại thời điểm trường nhiệt độ được thiết lap, sự phân bố của trườngnhiệt độ trong quá trình đúc ép phun của kênh dẫn nóng cần được xem xét để lựa chọnphương án giải quyết hợp lí nhất dé cân bằng nhiệt cho hệ thống.

1.3 Tình hình nghiên cứu kênh dẫn nóng hiện nay

1.3.1 Tình hình nghiên cứu kênh dẫn nóng ở nước ngoàia Nhà sáng chế Denis Babin nghiên cứu về “Cân bằng nhiệt vòi phun kênh dẫnnóng” được công bố năm 2006 số patent US 2004/0071814A1 Sáng chế này liênquan đến máy ép và đặc biệt là đầu phun cho máy ép Vòi phun này bao gồm xác địnhthân một kênh nhựa nóng chảy Một bộ gia nhiệt được kết nối với thân vòi phun, bộgia nhiệt này được tạo thành từ một loại vật liệu dẫn nhiệt để phân phối sức nóng từ bộgia nhiệt dọc theo thân vòi phun Cặp nhiệt điện được xử lý trong thân của vòi phun đểcảm nhận nhiệt độ thân và bộ gia nhiệt điện trở được điều khiến băng một hệ thống

kiêm soát đê duy trì thân vòi phun ở nhiệt độ mong muôn.

5226 48 36

tam manifold cân bang dòng chảy Điều này sẽ rút ngắn thời gian vận chuyển nhựatrong hệ thống và giúp dễ dàng cho việc làm sạch hệ thống kênh dẫn Ngoài ra, sángchế này có thể cung cấp một tam manifold cân băng nhiệt độ rất tốt dé giúp chất lượngsản phẩm đạt chất lượng tốt hơn về độ bền va cả mặt thầm mỹ.

h_—

Hình 1.7 Hình nhìn theo một phương như hình cat cho hệ thong tam kênh dan

LÔ 23 DỤ 231 ạị 3 21

ey 7 777 TP, ay + k 7 eT ot \ TỪ rr a †

I : LIL 2 12 a 2 22⁄2): Al

a ra “Ut | LA, A \ i i) DA3 332 23 2 3 l3 3 3 2 8 8 82223 2B \gHình 1.8 Hình cat một phan cho tam kênh dẫn được phát minh mà nó lắp

ráp không cân liên kêt băng chôt

c Bai báo của các tác giả A Demirer a, Y Soydan b, A.O Kapti được công bỗ vàonăm 2006 Nghiên cứu về “Một cuộc điều tra thử nghiệm về tác động của hệ thốngkênh dẫn nóng trên quá trình ép phun trong so sánh với hệ thống kênh dẫn thông

thường”

Những ảnh hưởng của hệ thống kênh dẫn nóng vào quá trình ép phun và các thuộctính của chỉ tiết ép phun đã được nghiên cứu từ nhiễu khía cạnh khác nhau trong việcso sánh với hệ thống kênh dẫn thông thường Một khuôn hai lòng khuôn có thé sửdụng cho cả hai hệ thống kênh dẫn được thiết kế và sản xuất dé tiến hành tất cả các thí

nghiệm trên cùng một khuôn, và đê so sánh két quả chính xác.Trong các thí nghiệm, vật liệu acrylonitrile butadiene styrene và polypropylene đã

được sử dụng như các polyme cơ sở Sử dụng các kết quả thu được từ các thí nghiệm,sơ đồ khu vực đúc đã được vẽ cho cả hai hệ thống kênh dẫn đối với các thông số quátrình áp suất phun và làm tan chảy thay đôi nhiệt độ trong một phạm vi rộng Nó đãđược quan sát thay rang yêu cầu áp suất phun thấp hơn đáng kể dé sản xuất các mẫuvới trọng lượng cao hơn trong trường hợp của hệ thống kênh dẫn nóng Độ co ngót vàcong vênh tăng với sự tăng nhiệt độ quá trình, giảm với tăng áp suất phun, và xảy ra ởmức thấp khi trọng lượng mẫu cao

Shrinkage Rates at 225 °C for ABS © CAS, in length - - a = : CAS, in width—*— HS in length —a— HAS, in width

Injection Pressure (MPa)

Hình 1.9 Ty lệ co ngót chiều dai va chiều rộng so với áp suất phun ở 225°C

cho polymer ABS

Shrinkage Rates at 170°C for PP © -:CAS, inlength - - - - ' CS, in width

—e— HAS, in length ——>—— HAS, in width1.95

1.75 41 70 T T T T qT T

60 70 80 90 100 110 120

Injection Pressure (MPa)

Hình 1.10 Ty lệ co ngót chiều dai va chiều rộng so với áp suất phun ở 170°C

cho polymer ABS

Comparison of the Minimum Warpages for ABS -0 - 225 °C, CRS (95Mpa) -O0 - 245 'C, CRS (70Mpa)-==©-~= 260 ‘C, CRS (60Mpa) -A - 280 'C, CRS (50Mpa)—e— 225 'C, HRS (90Mpa) —#— 245 'C, HRS (65Mpa)—»— 260 C, HRS (40Mpa) —&—— 280 `C, HRS (30Mpa)0.225

œ 0.075

= 0.050

0.0250.000

1 2 3

Measurement Points

Hình 1.11 So sánh sự cong vénh các mặt don tôi thiểu cho ABS, so với nhiệt

độ và áp suât khi sử dụng cả HRS và CRS

Comparison of Minimum Warpages for PP-=«o=«= 170 'C, CRS (120Mpa) -=-D-++ 200 'C, CRS (70Mpa)

-A - 260 'C, CRS (45Mpa) —e— 170°C, HRS (80Mpa)—s— 200 'C, HRS (40Mpa) —a— 260 'C, HRS (30Mpa)1.0

-Q 09 ae0.8

=

020400

1.16 1 =

1.15 7

Density (g/cm°)

v Injection Pressure (MPa), `

Hình 1.13 Sự biên thiên mật độ cua các chi tiét ép phun về nhiệt độ quatrình và áp lực phun của polymer ABS khi sử dụng ca HRS và CRS

Density Variation for PP

F1 ï70 'C HRS ñ 200 'C, HRS 260 ‘C, HRSf 170 °C, CRS 200C CRS E 260 'C, CRS

80 120 40 100 30 80 120 70 100 45

Injection Pressure (MPa)

Hình 1.14 Su biến thiên mật độ của các chỉ tiết ép phun về nhiệt độ qua

trình và áp lực phun của polymer PP khi sử dụng cả HRS và CRS

d Bài báo của các tác gia Hu Qingchun, Wang Liming, Tang Mingzhen, Wang

Yongsheng được công bố vào năm 2011 Nghiên cứu vé “Phân tích nhiệt của một hệthống kênh dẫn nóng trong khuôn ép phun” Sự ảnh hưởng tổn thất nhiệt của kênh dẫnnóng về sự 6n định của quá trình khuôn phun ép đã được phân tích Xác định nănglượng bị mat của các yếu t6 gia nhiệt bang cách thiết lập hệ thống kênh dẫn nóng.Thực hiện việc bố trí cau trúc của ống gia nhiệt và cặp nhiệt điện tốt hơn để đảm bảocân băng nhiệt của hệ thông kênh dẫn nóng bang cách phân tích các trường nhiệt độ.1.3.2 Tình hình nghiên cứu của hệ thong kênh dẫn nóng ở nước ta

Trong nước có một số nghiên cứu như sau:- _ Bài nghiên cứu của Tran Cao Minh: “Thiết kế hệ thông gia nhiệt và đầu phun chokênh nhựa nóng trong khuôn ép nắp JAZZ-COMEORT”

- Bai nghiên cứu của Tran Minh Cau và Ly Bá Hải: “Ứng dụng Pro/E dé thiết kế vàchế tạo khuôn ép ứng dụng dụng hệ thống phun keo nóng”

- _ Bài nghiên cứu của Hỗ Công Hoài Phương: “Nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển

nhiệt độ cho kênh dẫn nhựa nóng”

Ngoài ra, có một số doanh nghiệp lớn đã ứng dụng công nghệ kênh dẫn nóng trongkhuôn ép phun như: Công ty cô phan nhựa Duy Tân, công ty cỗ phần Dai Đồng Tiến,công ty nhựa Long Thành và công ty TNHH Cơ khí chế tạo khuôn mẫu Mô Tiến 1.4 Tính cấp thiết của đề tài

Như đã tìm hiểu thì công nghệ kênh dẫn nóng có thể cung cấp các lợi ích của việcgiảm áp suất phun, giảm chu ky thời gian, tiết kiệm vật liệu, cải thiện chất lượng sản

phâm, ngăn chan dau vét không mong muôn của miệng phun trên sản phâm.

Kênh dẫn nóng là một yếu tố cau trúc đặc biệt trong khuôn ép, vai trò của nó là gianhiệt và làm tan chảy nhựa sau đó đưa chúng vao các lòng khuôn Tuy nhiên, có rấtnhiều thất bại của khuôn kênh dẫn nóng do việc kiểm soát nhiệt độ không đúng cách,sự khác biệt nhiệt độ sẽ là nguyên nhân gây ra nhiệt độ không đồng nhất trong quátrình gia nhiệt, ảnh hưởng quá trình điền đầy thống nhất giữa các lòng khuôn dẫn đếnlàm giảm chất lượng của sản phẩm Mà nguyên nhân gây ra nhiệt độ không đồng nhấtlà do tôn thất nhiệt trong quá trình gia nhiệt vòi phun và tam kênh dẫn

Vi lý do đó, việc chon lựa phương pháp gia nhiệt cho các thành phan của hệ thốngkênh dẫn nóng- tính toán bôi thường nhiệt bị tốn thất để kiểm soát cân bang nhiệt độlà rất cần thiết Xuất phát từ những yêu cầu trên, đề tài “Nghiêm cứu cân bằng nhiệt

trong khuôn ép phun kênh dẫn nóng” được đặt ra nhằm đáp ứng một phần nhu cầuthực tế trên thị trường hiện nay.

1.5 Mục tiêu của luận văn

- Nghiên cứu phân tích và tính toán tốn thất nhiệt trong hệ thống để bù lại lượngnhiệt đã mất do truyền nhiệt trong quá trình gia nhiệt

- _ Thiết lập mô hình toán học và sử dung phần mềm Matlab dé lập trình, mô phỏngtrường nhiệt độ: tính toán phân bố nhiệt dé bố trí khe hở giữa khuôn và vòi phun hợplí Đưa ra kết quả mô phỏng

- Su dụng Ansys dé phan tich su phan bố nhiệt độ trên tam kênh dẫn từ đó có sự bố

trí vị trí bộ gia nhiệt hợp lí.1.6 Nội dung thực hiện của luận văn

Đề đạt được mục tiêu dé ra cần thực hiện các nội dung sau:— _ Nghiên cứu tong quan về hệ thông kênh dẫn nóng

— Phan tích và so sánh các phương án gia nhiệt

— _ Tính toán cân băng nhiệt

Lập trình và mô phỏng1.7 Phương pháp nghiên cứu

- Co sở lý thuyết, phân tích trạng thái cân bằng nhiệt cho các thành phần của hệthống

- Cac tài liệu nghiên cứu về các tính chat vật lý, hóa học của vật liệu nhựa.- Cac nghiên cứu có liên quan đên hệ thông kênh dân nóng van đề cân băng nhiệt va

điều khiến nhiệt độ trong khuôn ép phun kênh dẫn nóng.- Sử dụng phan mềm lập trình — mô phỏng

CHƯƠNG 2

TONG QUAN VE HE THONG KENH DAN NÓNG

Một hệ thông kênh dẫn nóng bao gồm những bộ phận chức năng sau:

- - Miệng phun- Voi phun

- Tấm kênh dẫn (phân phối nhựa nóng tới các đầu phun), (tam manifold)- Bac cuống phun

Việc sử dụng của các bộ phận chức năng của kênh dẫn nóng được định nghĩa trong

Vùng | H I] IV

Tén Miéng phun Voi phun Tam kênh dẫn | Bạc cuống phunChức năng | - Cung cấp - Cung cấp - Phân phối - Kết nối đến kênh

nhựa nóng nhựa nóng nhựa nóng vòi phun của máy

chảy vào lòng | chảy đến chảy - Đệm kín kết nốikhuôn miệng phun - Duy trì nhiệt | với vòi phun

- Duy tùy mở |- Duy trì nhiệt | độ nhựa nóng

ông dân nhựa | độ không đôi | chảy không đôi |- Sự giảm áp khi

trong khi áp - Sự truyền áp | cần

suất đang giữa suất dong nhựa | Lọc nhựa nóng

- Đóng dòng nóng chảy nếu có yêu cầu

chảy

Thông sốP U Vy Ụ Ụ

ñ Không đổi Không đổi Không đổiT fl Không đổi Không đổi Không đổi

2.1 Miệng phun

Miệng phun cũng được xem là một trong các thành phần quan trọng nhất trong hệthống kênh dẫn nóng vi đây là thành phan tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm, nên ảnhhưởng rất nhiều đến chất lượng sản phẩm Miệng phun thực chất chỉ là một đoạn kênhdẫn ngắn có kích thước nhỏ đưa nhựa từ đầu phun vào thăng lòng khuôn Miệng phun

được xem như là cửa ra của hệ thông kênh dân nên các đặc trưng của nhựa khi ra khỏi

miệng phun tác động trực tiếp lên các quá trình điền đầy nhựa trong lòng khuôn [7]Trở ngại lớn nhất trong thiết kế miệng phun chính là việc bảo đảm sản phẩm nhựađược làm nguội ở phía bên ngoài miệng phun nhưng vẫn bảo đảm nhựa ở trạng tháilỏng phía bên trong miệng phun trong khi khoảng cách giữa hai vị trí này rất nhỏ

Một sô yêu câu cơ bản cho việc thiệt kê miệng phun:

++

++

Hạn chê đông nhựa và cản trở nhựa nóng chảy vào lòng khuôn.Tránh gây rò ri nhựa.

Tôi thiêu dòng nhiệt cục bộ truyền vào sản phâm.

Tối thiểu sụt áp

Tôi thiêu các vùng cản trở dòng chảy.Tôi thiêu vét của miệng phun đê lại trên sản phầm.Hạn chê mài mòn - đặc biệt do các vật liệu nhựa có tính mài mòn cao.

Hau hết các miệng phun được thiết kế để có thé tháo rời cho phép thay thé dé dangkhi bị mài mòn hoặc khi miệng phun không cho kết quả sản phẩm như mong muốn

Dựa vào hoạt động đóng mở miệng phun, ta có thể chia miệng phun thành ba loại

chính:+ Miệng phun mo.+ Miệng phun dùng van đóng mở.

+ Miệng phun đóng mở bằng nhiệt.Các loại miệng phun trên được sử dụng phù hợp với loại đầu phun tương ứng

Hình 2.2 Miệng phun2.1.1 Miệng phun dang mở

Điều khiến đóng kín miệng phun băng nhiệt, việc làm nguội phần miệng phun sẽkhiến cho nhựa tại miệng phun đông đặc và miệng phun bị đóng kín lại Có thể thấy ởcác đầu phun dạng cạnh, dạng nghiêng (tip) và các dạng mở khác

Loại miệng phun này luôn hở để nhựa chảy trực tiếp vào lòng khuôn và tại cuốichu kỳ ép phun, nhựa sẽ hơi đông lại đủ để đóng miệng phun Điều nảy sẽ ngăn nhựachảy khỏi đầu phun khi khuôn mở ra dé day sản phẩm ra ngoài khuôn Khi khuôn mở,một ít nhựa vẫn còn lưu lại trên sản phẩm và tạo vết mờ trên sản phẩm Ở chu trình épphun kế tiếp, nhựa có áp suất cao sẽ đây phần nhựa tại đầu của đầu phun vào lòngkhuôn và miệng phun lại mở trở lại dé điền day lòng khuôn Phần nhựa lưu lại ở miệngphun trong chu trình trước đó sẽ nóng chảy và trộn với dòng nhựa mới Điều quantrong là tiết diện của miệng phun cần phải nhỏ hơn tiết diện sản phẩm nhựa ép phun délượng nhựa đông tại miệng phun dé dàng đi vào lòng khuôn.[8]

Kích thước và hình dáng của vết miệng phun trên sản phẩm phụ thuộc vào hìnhdáng miệng phun, loại nhựa, thiết kế khuôn và điều kiện hoạt động của máy ép (nhưnhiệt độ áp suất, thời gian) Miệng phun được chọn cần phải thỏa mãn yêu cầu về vếtmiệng phun riêng đồng thời tạo sụt áp thấp nhất và khả năng tránh đông nhựa Vếtmiệng phun tối thiểu thường đạt được băng kéo dài đầu phun gia nhiệt hay đưa thanhgia nhiệt vào lỗ miệng phun Bộ gia nhiệt tăng khả năng kiểm soát đóng nhựa miệng

phun nhưng tạo ra kênh dẫn nhựa hình vành khuyên nhỏ, làm tăng sụt áp khi phun

cũng như tốc độ cat của vật liệu Với độ mở nhỏ cũng làm tăng khả năng làm kẹt

miệng phun.

1 Điện tro; 2 Đầu nozzle; 3 Insert đầu nozzle

4 Thân nozzle; 5 Cập nhiệt điện

Miệng phun thường chỉ là một lỗ phun nhỏ để giảm vết miệng phun Đường kính lỗmiệng phun có thé từ 3 mm đến nhỏ hon Imm, phụ thuộc loại vật liệu và yêu cầu vếtmiệng phun, thông thường dùng 0,75mm Lỗ miệng phun có thé gia công trực tiếp trêntắm khuôn hay dùng miếng ghép miệng phun Các miệng phun nếu đơn giản có thểđược gia công trực tiếp trên các tam khuôn nhưng thường được gia công trên miếngghép riêng cùng với lòng khuôn sản phẩm Hon nữa, các miệng phun rất dé bị maimòn khi sử dụng các loại nhựa có tính mài mòn (trộn thuỷ tinh), hay khi sản xuất rấtnhiều sản phẩm Chính vì vậy, nếu sử dụng miếng ghép ta có thể dễ dàng thay thế khicần thiết mà không cần thay ca tam khuôn Việc sử dụng các miếng ghép cũng có thédùng làm mát tam khuôn, tao cách ly nhiệt với miệng phun

Đầu miệng phun được gia nhiệt dé giữ nhựa tại vùng miệng phun khỏi đông Nhiệtthường dẫn từ thân đầu phun hay dùng hệ thống gia nhiệt từ bên trong Các loại kimphun dẫn nhiệt thường được chế tạo từ các loại vật liệu có độ dẫn nhiệt cao như đồnghay đồng berylium Tuy nhiên, các loại kim phun dẫn nhiệt cũng làm hạn chế dòng

chảy Kim phun trong đầu phun có hệ thống gia nhiệt ngoải thường gan với thân đầuphun băng ren hay cô định với thân đầu phun băng chốt chặn cũng lắp với thân đầuphun bằng ren.

2.1.2 Miệng phun dạng van

Chốt mở van cơ được vận hành bang thuỷ lực hoặc khí nén Chốt van ở vị trí thụtvào Điều này làm cho lỗ miệng phun mở rộng để cho phép nhựa chảy vào lòng khuôn.Trước khi nhựa tại miệng phun hoá ran hoan toan, thì chốt di chuyén dén vi tri dong

van.

Hình 2.4 Kết cau miệng phun kiểu van

1 Insert co; 2 Insert miệng phun;3 Chot van; 4 Pittong; 5 Xylanh

Các miệng phun đóng mở bang cơ có các loại như lò xo, thuỷ lực, khí nén Trướckhi phun nhựa vào lòng khuôn các chốt van được rút về, do đó tạo ra lỗ miệng phunlớn cho phép nhựa chảy vào lòng khuôn rỗng Trước khi nhựa tại miệng phun đóng rănhoàn toàn, các chốt van được đây về phía miệng phun để đóng miệng phun lại Cácloại miệng phun van dùng lò xo đóng mở không thé điều khiển chu kỳ nên hau hết cácloại miệng phun van ngày nay đều là miệng phun dùng thuỷ lực hoặc khí nén Các hệthống miệng phun van điều khiến bằng khí nén thường cần phải dùng xylanh khí néntương đối lớn vi áp suất khí thường dat tối đa khoảng 120 psi (~ 0,8 MPa) trongxylanh Nhung cho dù vậy thì lực, vận tốc và độ dịch chuyển của các piston thườngcũng không bằng các loại xylanh thuỷ lực vì áp suất trong các loại xylanh nay có théđạt đến 2000 psi (~14MPa).[8]

So với các hệ thống dùng miệng phun mở thì hệ thống dùng miệng phun van sẽ cầnáp suất thấp hon dé bơm nhựa vì đường kính miệng phun van thường lớn hơn nhiều sovới loại miệng phun mở Chính vì thế, tốc độ phun nhựa vào lòng khuôn cũng nhanhhơn nhiều giúp giảm thời gian chu trình, do đó loại này thường dùng cho các ứng

dụng đòi hỏi chu trình ép phun nhanh.

Uu điểm khác của hệ thông sử dụng miệng phun này chính là khả năng hạn chê

hoàn toàn việc rò ri nhựa khỏi miệng phun nhờ quá trình đóng kín của chot van Đôivới các chi tiêt yêu câu khat khe vê vét miệng phun đê lại trên sản phâm, như các sản

phẩm nhựa dùng cho y khoa, thì các hệ thống sử dụng van là một lựa chọn rat tốt [S]

Tuy nhiên nhược diém của các hệ thong đóng mo băng cơ khí cũng cân cân nhackhi lựa chọn:

- _ Hệ thống thường có chỉ phí cao.- Bảo trì và vận hành khá phức tạp va tốn kém vì phải thực hiện nhiều công đoạn khi

vận hành, có nhiều thông sô cần kiêm soát hơn.

- Cac chi tiết dé mai mòn do chuyển động va có nguy cơ rò rỉ nhựa từ bộ chia nhựara ngoài do các hệ thống thuỷ luc, xylanh, piston thường được bồ trí trên tam kẹp trước

của khuôn, bên ngoài bộ chia nhựa.

2.1.3 Miệng phun đóng mở bang nhiệtNgoài cách điều khiển đóng mở trực tiếp miệng phun bang van ta còn có thé điềukhiển đóng mở miệng phun bang nhiệt Seiki Corporation là hãng dau tiên dé xuất việcđiều khiển này cách đây cũng khoảng 20 năm

Hoạt động của loại này dựa trên việc cho nóng chảy hoặc hơi đông đặc tạm thời

nhựa tại vùng miệng phun thông qua việc cấp hoặc không cấp nhiệt cho thanh gianhiệt đặt bên trong đầu phun gần miệng phun Thanh gia nhiệt này được điều khiếnnhiệt độc lập theo chu trình ép phun Thanh này sẽ được cấp điện để gia nhiệt trongthời gian phun, duy trì áp suất, và thời gian khuôn đóng lại chuẩn bị ép (tương ứnghình 2.33 a, b, Ð và được tat trong giai đoạn làm nguội và day sản phẩm ra ngoài

(tương ứng hình 2.33 c, d, e).

Do khối lượng rất nhỏ nên thanh gia nhiệt này có thể làm nóng hay làm nguội rấtnhanh chóng Thiết kế này sẽ hoạt động hiệu quả tốt nếu đầu phun được làm mát bênngoai tot

d) e) f)Hình 2.5 Đầu phun va chu kỳ hoạt động của miệng phun đóng mở bang nhiệt

2.2 Vòi phun

Chi tiết cần quan tâm nhiều trong hệ thống kênh dẫn nóng chính là vòi phun vì vòiphun có nhiệm vụ phân phối nhựa nóng từ tắm kênh dẫn nhựa nóng đến miệng phun,

đưa nhựa vảo lòng khuôn Vòi phun có thể được xem là đường kênh dẫn nhựa kéo dàitừ bộ chia nhựa Do đó, yêu cầu chính của vòi phun là đảm bảo nhựa đưa đến miệngphun ở trạng thái nóng chảy và không bị biến tính do nhiệt.

Vòi phun là chi tiết quan trọng, khó chế tạo Bên cạnh những yêu cầu chung déhình thành nên hệ thông kênh dẫn nóng những vòi phun phải đạt yêu cầu bên dưới [8]:- - Nhiệt độ nhựa nóng chảy trong vòi phun không thay đổi, tốt hơn hết là đặc tính

nhiệt nên tuyến tính.¢ Dam bảo dẫn nhiệt đến vòi phun (ngăn ngừa miệng phun không đặc)

¢ - Phải cách ly nhiệt giữa các vòi phun và lòng khuôn.

° Phan nhựa loại bỏ là nhỏ nhất.¢ C6 khả năng kiểm soát nhiệt tốt đối với nhựa nóng chảy.‹ - Cung cấp dòng chảy nhựa liên tục giữa tam manifold và các miệng phun.¢ - Tối thiểu việc sụt áp

e Ngan ngừa rò rỉ nhựa.

Đề đạt được những mục tiêu này, các nhà cung cấp hệ thống kênh dẫn nóng cungcấp khá nhiều dạng thiết kế vòi phun Mỗi thiết kế ứng với một loại vật liệu đặc thù và

những yêu cau của các khuôn cụ thê cũng như các chi tiét được ép phun.

Đầu phun gắn liền với miệng phun và nó có thé ảnh hưởng đáng kế đến thiết kế vàhiệu quả của miệng phun Chúng cũng có thé gia nhiệt trực tiếp bằng nguồn nhiệt cóbộ kiểm soát nhiệt riêng hoặc được gia nhiệt gián tiếp Hệ thống phun gia nhiệt giántiếp được làm bang vật liệu dẫn nhiệt cao như là đồng bery và dẫn nhiệt từ bộ chianhựa được gia nhiệt Những loại này đơn giản, chỉ phí thấp nhưng không dùng thểkiểm soát nhiệt độ độc lập Chính vì vậy, chúng hầu như rất ít được sử dụng trong cáchệ thống kênh dẫn nóng ngày nay Còn đối với loại vòi phun được gia nhiệt trực tiếp

thì có cả dạng gia nhiệt từ bên trong hoặc bên ngoài vòi phun.2.2.I Vòi phun gia nhiệt bên ngoài

Hệ thống phun vòi phun phun gia nhiệt từ bên ngoai cho ta một kênh dẫn tròn hoànhảo Nhìn từ tâm ra ngoài, nó bao gồm kênh dẫn tròn tạo thành bởi lõi rỗng của mộtống thép hình tròn Ông này thường bao quanh bởi một bộ phận đốt nóng dạng băngnhiệt, dạng cuộn dây xoắn hoặc trong một số trường hợp phần tử đốt nóng được đúctrong ống lót Vòi phun gia nhiệt ngoài luôn lắp đặt cách khuôn một khoảng cách nhấtđịnh để khe hở không khí cách ly nhiệt của vòi phun với khuôn xung quanh Một cặp

nhiệt điện được đặt vào bên trong của đâu phun dé hôi tiép tín hiệu vê bộ kiêm soátnhiệt độ vòi phun.

vn

Hinh 2.7 Voi phun gia nhiét bén ngoai

Vòi phun được gan với bộ chia nhựa bằng nhiều phương pháp khác nhau Vòi phunthường được bất vít, ghép bulông hay nén chặt vào bộ chia nhựa Sự kết nối giữa vòiphun và bộ chia nhựa tạo ra kênh dẫn cho nhựa nóng chảy đến đầu miệng phun Một

khó khăn chính của vòi phun gia nhiệt từ bên ngoài là phải bảo đảm tránh rò rỉ nhựa ở

áp suất cao tại đáy vòi phun, nơi găn với bộ chia nhựa và tại đầu vòi phun nơi cungcấp nhựa cho lòng khuôn

Đầu vòi phun thường gan liền với thiết kế và hoạt động của miệng phun Ở cácmiệng phun cấp nhựa trực tiếp cho lòng khuôn thì nó thường đòi hỏi vết miệng phunđể lại trên sản phẩm cảng nhỏ càng tốt Điều này yêu cầu độ mở miệng phun phải giữở mức tối thiểu Dé giữ miệng phun nhỏ mở ra thì ta thường dùng kim phun được gianhiệt Đầu miệng phun này thường là chế tạo trong các miếng ghép, và nhận nhiệt giántiếp (thông qua dẫn nhiệt) từ vòi phun được gia nhiệt Tuy nhiên, kiểu gia nhiệt giántiếp này giới hạn việc điều khiển nhiệt độ của đầu miệng phun Bat kỳ thay đổi nhiệtđộ nào ở đầu phun đều ảnh hưởng đến đầu miệng phun và ngược lai.[8]

Trong một số thiết kế, vòi phun thường có hai bộ phận đốt nóng và kiểm soát nhiệtđộ riêng biệt Một bộ phận đốt nóng ở phần giữa và dưới của thân vòi phun, còn lạicho phan dau vòi phun và miệng phun Thiết kế với bộ đốt nóng ở hai vùng này sẽ cảithiện việc kiểm soát nhiệt độ cho các vùng khác nhau

2.2.2 Vòi phun được gia nhiệt bên trong

Hệ thống phun gia nhiệt từ bên trong bao gồm kênh dẫn có thể chảy qua mộtđường ống tròn hình thành bên trong một ống thép rỗng hay trong đường ống tròn giacông trực tiếp trên tâm khuôn Một ống gia nhiệt được đặt vào tâm kênh dẫn tạo thànhkhông gian chảy hình vành khuyên Một cặp nhiệt điện được đặt cùng với ống gianhiệt dé hỏi tiếp tín hiệu về bộ kiểm soát nhiệt độ vòi phun Khi nhựa nóng chảy được

phun vào khuôn, nó đông lại tại thành ngoài của kênh dẫn trong khi phần nhựa gần

thanh vẫn nóng chảy Lớp nhựa đông lại giúp bịt kín kênh dẫn không bị rò rỉ và cách

ly nhiệt với khuôn lạnh bên ngoài.

Bộ gia nhiệtđặt bên trong

Hình 2.8 Vòi phun gia nhiệt bên trong

Nhiệt thường được dẫn từ ống gia nhiệt đến đầu miệng phun Sự liên tục giữa ốnggia nhiệt và đầu miệng phun làm tăng khả năng kiểm soát nhiệt độ ở đầu miệng phunso với các đầu miệng phun trong vòi phun được gia nhiệt từ bên ngoài Tuy nhiên, điềunày phụ thuộc rất nhiều vào từng thiết kế cụ thé

2.2.3 Vòi phun theo kiểu dẫn nhiệtMột loại khác của hệ thống kênh dẫn nóng bao gồm tam manifold gia nhiệt bênngoài và nhiệt được dẫn đến làm nóng vòi phun, loại này phố biến với những thiết kếriêng Những vòi phun loại dẫn nhiệt được làm từ những vật liệu dẫn nhiệt tốt như hợpkim đồng bery Tất cả nhiệt đến các vòi phun đều được dẫn từ tâm kênh dẫn; vì thếnhững vòi phun này không thé điều khiến nhiệt độ độc lập

Với các vòi phun được gia nhiệt gián tiếp, nhiệt được dẫn từ bộ chia nhựa qua cácthân vòi phun dẫn nhiệt hay các thanh dẫn nhiệt đến miệng phun Nhiệt lượng đến cácvòi phun đều dẫn từ tam kênh dan Do đó, các vòi phun này không có bộ điều khiếnnhiệt độ Loại hệ thống kênh dẫn nóng dùng tâm kênh dẫn gia nhiệt từ bên ngoài kếthợp với các vòi phun dẫn nhiệt thường thấy ở các thiết kế tự sản xuất Các vòi phundẫn nhiệt này thường làm băng vật liệu dẫn nhiệt cao như đồng bery Để kiểm soátnhiệt độ của các đầu phun độc lập với nhau, các đoạn kênh dẫn tương ứng của bộ chia

nhựa cần được gia nhiệt riêng biệt Điều này có thể thực hiện bởi các cặp gia nhiệtdạng ống đặt dọc kênh dẫn trong vùng vòi phun.

Việc gia nhiệt gián tiếp cho các vòi phun có nhược điểm là muốn có sự thay đổinhỏ nhiệt độ ở vùng miệng phun thì cần phải có sự thay đối nhiệt độ cao ở tam kênhdẫn nóng vi do tôn thất khi truyền nhiệt Điều này dẫn đến các biến đối nhiệt lớn trongbộ chia nhựa làm ảnh hưởng đến lượng giãn nở nhiệt của tắm kênh dẫn và đặc biệt cóthể làm tăng nhiệt độ kênh dẫn lên quá mức cho phép gây biến tính nhựa [8]

Ưu điểm:- Chi phí thấp.- _ Không phải xử lý kiểm soát nhiệt độ hay bộ gia nhiệt.Nhược điểm:

- Chiéu dai vòi phun bị giới hạn vì chúng dẫn nhiệt từ bộ chia nhựa.- Khong có kiêm soát nhiệt độ cho vòi phun

- Kiém soát nhiệt đều giữa các vòi phun phụ thuộc vào sự phân bô nhiệt đêu cuabộ chia nhựa.

Chính vì những nhược điêm này nên các loại vòi phun dân nhiệt hâu như hiện naykhông được sử dụng nữa.

2.3 Tâm kênh dẫn (Manifold)Tam kênh dẫn được sử dụng khi phun gián tiếp qua nhiều miệng phun, nó đóng vaitrò là tam phân phối nhựa từ vòi phun của máy đến các lòng khuôn

L/VM-12H VM-16H.

Hình 2.9 Kết cầu manifold1 Thân manifold, 2 Ranh nhựa, 3 Chốt giới hạn4 Chốt xuyên, 5 Đầu ren, 6 Lớp bọc điện trở manifold,7 Nhiệt trở hình ống, 8 Bộ gia nhiệt thứ hai của hệ thốngNhựa sau khi đã đi qua cuống phun vao hệ thống kênh dẫn sẽ được chia thànhnhiều kênh nhựa dẫn đến từng lòng khuôn sản phẩm Số lượng nhánh kênh chia nhựadẫn đến lòng khuôn bang số lòng khuôn sản phẩm trên tam khuôn Tùy theo cấu trúccủa kênh nhựa mà có thể có chia thành các kênh nhựa chính và các kênh nhựa phụ

Nhựa trong các kênh dẫn trong khuôn thông thường sẽ được lấy ra khỏi khuôncùng sản phẩm nên các kênh dẫn này thường bố trí ở mặt phân khuôn Nhung trong

trường hợp kênh dẫn nóng thì lượng nhựa này sẽ vẫn giữ liên tục trong bộ chia nhựa ở

nhiệt độ nóng chảy Do đó, các kênh nhựa này được tạo hình bằng cách khoan sâu vàotrong các khối thép tạo thành các đường kênh dẫn kín Vật liệu làm bộ chia nhựa nênlà loại thép C60, P20 hay tốt hơn Đường kính kênh dẫn được lựa chọn theo khốilượng phun cần thiết cho mỗi lần phun vào lòng khuôn.[|6]

Vi lý do thiết kế cau trúc khuôn nên các lòng khuôn thường nam trong cing mộttắm khuôn để có thể dễ dàng gia công và thực hiện quá trình đây sản phẩm ra ngoàicùng lúc Chính vì vậy, các lòng khuôn phải bố trí năm ở một tấm khuôn khác Vậy décó thể dẫn nhựa từ bộ chia nhựa đến các lòng khuôn ta phải tạo các đường kênh dẫnvuông góc Chính điều này làm phát sinh vẫn để cần quan tâm khi thiết kế bộ chianhựa là các góc rẽ đổi hướng đường kênh dẫn Các chỗ rẽ này cần tạo thành các góclượn có bán kính thích hợp để không thể tạo thành các vùng cản trở dòng chảy gây sụtáp ảnh hưởng quá trình điền đầy, đặc biệt tránh tạo thành các vùng làm ứ đọng nhựagây ra biến tính nhựa trong dòng chảy, ảnh hưởng chất lượng sản phẩm như hình

2.10).

a) b) c)

Hinh 2.10 Cac thiét ké doan ré nhanh trong bộ chia nhựa)Vì lý do cần đảm bảo nhựa trong kênh dẫn luôn ở trạng thái nóng chảy, tâm kênhdẫn phải được gia nhiệt bên ngoài hoặc gia nhiệt trong Phải bồ trí các thiết bị gia nhiệtphù hợp như các bộ gia nhiệt dạng ống, các bộ gia nhiệt vòng hoặc điện trở vỏ đạn

hinh trụ

Cũng như các hệ thống kênh dẫn trong khuôn thông thường (sẽ gọi là kênh dẫnnguội), các kênh dẫn nhựa cần được thiết kế phù hợp dé bao dam cân bang dòng chảytrong toàn hệ thống Nếu dòng chảy không được cân băng sẽ làm chất lượng của loạtsản phẩm trong một chu trình ép sẽ không đồng đều, hoặc tệ hơn là không thể điền đầycác lòng khuôn trong cùng một thời gian chu trình Do đó, khi thiết kế các bộ chianhựa cân cân bằng các dòng chảy bằng các sơ đồ kênh dẫn đối xứng, đồng thời bảođảm quá trình gia nhiệt đều và ồn định.

Đối với những lòng khuôn đồng nhất thì việc cân băng manifold chỉ cần cân bằngtự nhiên, tức là cân băng đường kính và chiều dài kênh dẫn cho giống nhau, còn đốivới những lòng khuôn khác nhau hoặc một lòng khuôn nhưng với nhiều miệng phun ở

các vi trí khác nhau (đôi với những sản phâm lớn) thi can phải cần băng tâm kênh dan.

2.4 Bạc cuống phun

Bạc cuống phun là bộ phận giúp nhựa từ vòi phun của máy đến tắm kênh dẫn Đểđảm bảo nhiệt đồng đều trong hệ thống kênh dẫn thì ngay tai bạc cuống phun nàynhựa cũng phải được gia nhiệt và điều khiến nhiệt độ giống như các phần khác của hệthống kênh dẫn nóng

Hình 2.13 Băng gia nhiệt (band heaters)

Đối với những vòi phun, miệng phun có tiết diện hẹp, các tạp chất trong nhựa cóthể gây tắc nghẽn, làm cản trở dòng chảy Do đó, ở một số máy ép có lắp thêm bộ lọctrước bạc cuồng phun để loại bỏ các tạp chất Một điều cần lưu ý khi sử dụng các bộlọc này là áp lực của nhựa nóng chảy vào kênh dẫn sẽ bị sụt giảm có thể đến 30% sovới khi không sử dụng nên ta cần tính toán áp suất phun hợp lý để không ảnh hưởngquá trình điền day

Đề lắp ghép bạc cuống phun vao bộ chia nhựa dé tạo thành hệ thống kênh dẫn nhựa

liên tục, người ta thường sử dụng hai cách sau:

- Str dụng mối ghép ren trực tiếp vào bộ chia nhựa: thường sử dụng khi cần kết caulắp ghép nhỏ gọn phù hợp với bộ chia nhựa va các tam khuôn

- _ Sử dụng bulông ghép chat bạc cuống phun vào bộ chia nhựa: có thé sử dụng nếu bộ

chia nhựa có kích thước lớn.

Ca hai cách trên đều có thể ghép chặt bạc cuống phun vào bộ chia nhựa một cáchchắc chăn nhưng ta cần lựa chọn sử dụng phù hợp với kích thước và cấu trúc chungcủa hệ thống kênh dẫn

Bộ chia nhựa Bạc cuống phun| / Vòng định vi⁄ )

Hình 1.16 Bạc cuống phun dùng ren (trái) hoặc bulông lắp với bộ chia nhựaTrong một số trường hợp đầu phun máy ép dài, ta cũng có thể tận dụng chiều dàicủa đầu phun máy ép để đưa đầu phun máy ép đến sát hệ thống kênh dẫn Nhờ vậy, takhông cân gia nhiệt bạc cuống phun vì các đầu phun đều có bộ gia nhiệt riêng Khi đó,kích thước bạc cuống phun sẽ không cần quá lớn, vì chỉ cần tạo chỗ đỡ tiếp xúc sát vớiđầu phun, nhưng cần có vòng định vị thích hợp để giữ đầu phun máy ép trong khuônmột cách chắc chắn

Ww

Hình 2.17 Bac cuống phun và đầu phun máy ép có bộ gia nhiệt