1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu ảnh hưởng của cooling layer Đến Độ bền kéo của mẫu thử Được chế tạo bằng phương pháp phun ép nhựa

114 1 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Cooling Layer Đến Độ Bền Kéo Của Mẫu Thử Được Chế Tạo Bằng Phương Pháp Phun Ép Nhựa
Tác giả Hà Anh Kiệt, Nguyễn Văn Lộc, Hà Nguyễn Quốc Vỹ
Người hướng dẫn TS. Nguyễn Trọng Hiếu
Trường học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy
Thể loại Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản 2024
Thành phố TP. Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 114
Dung lượng 30,69 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU (21)
    • 1.1 Tính cấp thiết của đề tài (21)
    • 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài (21)
    • 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài (22)
    • 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu (22)
      • 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu (22)
      • 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu (22)
    • 1.5 Phương pháp nghiên cứu (22)
      • 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận (23)
      • 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể (23)
    • 1.6 Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp (23)
  • CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI (23)
    • 2.1 Kết cấu của bộ khuôn (24)
    • 2.2 Đánh giá chung về hệ thống làm mát thông thường (25)
    • 2.3 Đánh giá chung về hệ thống làm mát “Cooling layer” (25)
      • 2.3.1 Giới thiệu về “Cooling layer” (25)
      • 2.3.2 Ưu điểm của hệ thống làm mát “Cooling layer” (28)
      • 2.3.3 Hình ảnh thực tế của bộ khuôn sau khi gia công (28)
      • 2.3.4 Tiêu chuẩn của mẫu thử kiểm nghiệm độ bền kéo (31)
    • 2.4 Ảnh hưởng của độ bền kéo đến chất lượng của sản phẩm nhựa (31)
    • 2.5 Quá trình gia nhiệt khuôn ép nhựa (31)
    • 2.6 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài (34)
  • CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (23)
    • 3.1 Tổng quan về công nghệ ép phun (37)
      • 3.1.1 Giới thiệu chung (37)
      • 3.1.2 Các bước chính của quy trình ép phun (37)
      • 3.1.3 Ứng dụng của công nghệ ép phun (39)
    • 3.2 Tổng quan về máy ép nhựa (39)
      • 3.2.1 Máy ép nhựa là gì (39)
      • 3.2.2 Cấu tạo máy phun ép nhựa (39)
    • 3.3 Tổng quan về khuôn ép nhựa (40)
      • 3.3.1 Giới thiệu về khuôn ép nhựa (40)
      • 3.3.2 Cấu tạo của khuôn ép nhựa (41)
    • 3.4 Tổng quan về vật liệu nhựa (42)
      • 3.4.1 Khái niệm (42)
      • 3.4.2 Một số loại nhựa thường dùng trong công nghệ ép phun (42)
    • 3.5 Quá trình nghiên cứu thông số ép (44)
    • 3.6 Giới thiệu về phương pháp Taguchi (46)
  • CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM TAGUCHI VÀ KIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN MẪU KÉO (23)
    • 4.1 Vật liệu nhựa và thông số máy ép nhựa MA 1200III (48)
    • 4.2 Tạo bảng số liệu các trường hợp dùng cho việc ép mẫu bằng phương pháp Taguchi (50)
    • 4.3 Tiến hành ép thử nghiệm chế tạo các mẫu thử (54)
    • 4.4 Chế tạo các mẫu thử độ bền kéo (55)
    • 4.5 Thử nghiệm độ bền kéo (56)
      • 4.5.1 Giới thiệu máy kiểm nghiệm độ bền kéo uốn và tiến hành kéo thử (56)
      • 4.5.2 Tiến hành đo độ bền kéo (60)
    • 4.6 Thống kê kết quả và quy hoạch thực nghiệm (62)
      • 4.6.1 Thống kê kết quả (62)
      • 4.6.2 Quy hoạch thực nghiệm (63)
    • 4.7 Tối ưu hóa thông số (70)
      • 4.7.1 Tổng hợp thông số (70)
      • 4.7.2 Tối ưu hóa thông số (72)
    • 4.8 Chế tạo mẫu theo thông số tối ưu (74)
    • 4.9 Thử độ bền ứng với trường hợp tối ưu (75)
      • 4.9.1 Tiến hành kéo mẫu thông số tối ưu (75)
      • 4.9.2 Xử lý số liệu và vẽ biểu đồ (76)
  • CHƯƠNG 5: DỰ ĐOÁN ĐỘ BỀN KÉO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ANN (23)
    • 5.1 Giới thiệu về ANN (82)
    • 5.2 Ứng dụng ANN vào việc dự đoán độ bền (82)
    • 5.3 So sánh biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi của từng trường hợp (94)
    • 5.4 So sánh sự ảnh hưởng của nhiệt độ nóng chảy đối với biểu đồ Stress – Strain (99)
    • 5.5 So sánh sự ảnh hưởng của áp suất điền đầy đối với biểu đồ Stress – Strain (101)
    • 5.6 So sánh sự ảnh hưởng của áp suất định hình đối với biểu đồ Stress – Strain (102)
    • 5.7 So sánh sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước đối với biểu đồ Stress – Strain (103)
    • 5.8 So sánh sự ảnh hưởng của thời gian định hình đối với biểu đồ Stress – Strain (104)
    • 5.9. So sánh thông số tối ưu giữa ANN và Taguchi (105)
  • CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN (23)
    • 6.1 Kết luận (110)
    • 6.2 Hướng phát triển (110)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (111)

Nội dung

Đề tài tốt nghiệp: - Mã số đề tài: CKM - 82 - Tên đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Cooling Layer Đến Độ Bền Kéo Của Mẫu Thử Được Chế Tạo Bằng Phương Pháp Phun Ép Nhựa.. TÓM TẮT ĐỒ ÁNNGHI

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, ngành công nghiệp khuôn ép nhựa đang phát triển mạnh mẽ, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nhựa và là một phần không thể thiếu của nền công nghiệp toàn cầu Sản phẩm từ ngành này rất đa dạng và có ứng dụng rộng rãi, từ đồ gia dụng, phương tiện di chuyển cho đến thiết bị y tế.

Hệ thống làm mát trong khuôn ép nhựa là yếu tố quan trọng trong thiết kế khuôn, ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm sau gia công Một hệ thống làm mát hiệu quả không chỉ rút ngắn thời gian đúc nhựa mà còn cải thiện năng suất lao động cho doanh nghiệp.

Hiện nay, các phương pháp giải nhiệt cho khuôn phun ép chủ yếu sử dụng hình trụ thẳng và gia công bằng khoan sâu, dẫn đến việc chỉ đáp ứng được nhu cầu sản xuất sản phẩm chất lượng thông thường Phương pháp này thường gặp một số lỗi như cong vênh, không điền đầy và chất lượng bề mặt thấp Để khắc phục, nhóm đã áp dụng phương pháp làm mát “Cooling layer”, giúp cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm nhựa, đồng thời tăng hiệu suất và giảm chi phí sản xuất “Cooling layer” là hệ thống làm mát dẫn nước thẳng vào lòng khuôn, giúp tuần hoàn nước làm mát và hạ nhiệt trực tiếp dưới tấm insert ép sản phẩm, duy trì nhiệt độ khuôn ổn định, giảm thời gian đông đặc và tăng tốc độ sản xuất.

Nhằm nâng cao chất lượng và hiệu suất sản phẩm cuối cùng, nhóm chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu về ảnh hưởng của lớp làm mát đến độ bền kéo của mẫu thử chế tạo bằng phương pháp phun ép nhựa Nghiên cứu này nhằm đánh giá và xác định điều kiện ép lý tưởng, đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu về độ bền và chất lượng.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về quá trình đông đặc của nhựa trong khuôn khi làm mát, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ và tốc độ làm mát đối với cấu trúc vi mô và cơ tính của sản phẩm cuối cùng Qua đó, nghiên cứu phát triển các mô hình dự đoán độ bền kéo của sản phẩm nhựa, góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Kiểm soát hiệu quả quá trình làm mát giúp sản xuất nhựa có độ bền kéo cao, đảm bảo chất lượng và độ bền lâu dài Điều này giảm thiểu khuyết tật như co ngót, nứt gãy và biến dạng, từ đó nâng cao tỷ lệ sản phẩm đạt tiêu chuẩn.

Một quy trình làm mát hiệu quả không chỉ giảm thời gian chu kỳ sản xuất và tiêu thụ năng lượng mà còn giúp giảm chi phí sản xuất Khi quy trình làm mát được tối ưu hóa, nhà sản xuất có khả năng tăng năng suất mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ bền kéo của mẫu thử nhựa chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm nhiệt độ nóng chảy của nhựa, áp suất điền đầy, áp suất định hình, thời gian định hình và nhiệt độ nước gia nhiệt Những yếu tố này cần được tối ưu hóa để nâng cao chất lượng và hiệu suất của sản phẩm nhựa.

- Thông qua kết quả nghiên cứu, đề xuất các điều kiện làm mát tối ưu cho quá trình phun ép nhựa.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Dùng phương pháp “Taguchi” để tạo bảng số liệu các trường hợp thực nghiệm ép sản phẩm.

- Dùng phương pháp “ANN” để dự đoán độ bền kéo của sản phẩm mà không cần phải thực hiện quy trình ép nhựa.

Máy ép nhựa Haitian MA1200 III được sử dụng để tạo ra các mẫu thử nhựa thông qua phương pháp phun ép Các mẫu này được chế tạo dựa trên các trường hợp thực nghiệm theo phương pháp Taguchi Sản phẩm ép từ máy này được sử dụng để kiểm tra và đánh giá độ bền kéo của nhựa.

- Vật liệu nhựa sử dụng trong quá trình phun ép: Nhựa ABS.

- Thông số ép: Áp suất điền đầy, áp suất định hình, thời gian định hình, nhiệt độ nước, nhiệt độ nóng chảy.

- Máy kiểm nghiệm độ bền kéo uốn.

- Các thông số ép ảnh hưởng đến độ bền kéo của mẫu thử.

- Sử dụng các kỹ thuật phun ép nhựa tiêu chuẩn và thiết bị đo độ bền kéo để thu thập dữ liệu.

- Sử dụng phương pháp “Taguchi” và “ANN” để tìm ra những thông số tối ưu nhất.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

- Nghiên cứu quá trình làm mát để xác định ảnh hưởng của quá trình làm mát đến độ bền kéo của nhựa.

- Nghiên cứu tính chất cơ học của các loại nhựa trong những điều kiện làm mát khác nhau.

- Sử dụng các phần mềm mô phỏng để xác định các thông số tối ưu.

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

Phương pháp thực nghiệm là quá trình sử dụng thiết bị đo lường chuyên dụng để kiểm tra kích thước của mẫu ép Qua đó, chúng ta có thể tính toán độ bền kéo của mẫu thử một cách chính xác.

- Phương pháp tham khảo tài liệu: Đọc các tài liệu kỹ thuật liên quan đến đề tài, tham khảo ý kiến từ giáo viên hướng dẫn.

- Phương pháp phân tích và xử lý dữ liệu: Sử dụng phương pháp “Tagachi” và “ANN” để xác định những thông số tối ưu nhất.

- Phương pháp so sánh: Chế tạo mẫu theo thông số tối ưu và so sánh chúng với các mẫu theo thông số trước đó.

Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp

ĐATN bao gồm 6 chương, trong đó:

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Kết cấu của bộ khuôn

Hình 2.1: Mô hình khuôn sau khi thiết kế

Hình 2.2: Mô hình phân rã của khuôn

Chú thích: (1) Vòng định vị, (2) Bạc cuống phun, (3) Tấm kẹp trên, (4) Khuôn âm,

Tấm Insert, Ron cao su, Khuôn dương, Tấm đẩy trên, Gối đỡ, Tấm đẩy dưới, Tấm kẹp trên, Bulong M12x90 mm, Bulong M6x10mm, Bulong M12x35mm, Bạc dẫn hướng, Ống nối khí nén, và Bulong vòng M10 là những thành phần quan trọng trong quy trình lắp ráp và sản xuất Các linh kiện này không chỉ đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của máy móc, mà còn góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng Việc lựa chọn đúng loại bulong và tấm đẩy sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu rủi ro hư hỏng.

(18) Bulong M5x10mm, (19) Chốt dẫn hướng, (20) Lò xo, (21) Chốt dẫn hướng lò xo, (22)Bulong M8x16mm, (23) Chốt dựt đuôi keo, (24) Chốt đẩy.

Đánh giá chung về hệ thống làm mát thông thường

Kênh làm mát thường được thiết kế với các đường thẳng hoặc hình xoắn ốc, nhằm đảm bảo làm mát đồng đều cho toàn bộ khuôn Phương pháp gia công sử dụng các kỹ thuật hiện đại để tối ưu hóa hiệu quả làm mát.

Phương pháp gia công hệ thống làm mát thường dễ dàng thực hiện và có chi phí thấp như khoan, phay và tiện. c) Hiệu quả làm mát

Thiết kế đơn giản có thể dẫn đến sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trong khuôn, tạo ra các vùng nóng và lạnh khác nhau Điều này có thể gây ra các vấn đề như co rút, biến dạng và chất lượng sản phẩm không đồng nhất, ảnh hưởng đến tuổi thọ của sản phẩm.

Do sự phân bố nhiệt độ không đồng đều nên có thể gây ra hao mòn không đều, giảm tuổi thọ khuôn.

Đánh giá chung về hệ thống làm mát “Cooling layer”

2.3.1 Giới thiệu về “Cooling layer”

Cooling layer là hệ thống làm mát hiệu quả, được thiết kế để dẫn nước trực tiếp vào lòng khuôn Nước làm mát sẽ được tuần hoàn qua lòng khuôn, giúp giải nhiệt một cách trực tiếp dưới tấm insert của các sản phẩm ép.

- Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống làm mát cooling layer:

+ Nhiệt độ và áp suất của chất làm mát.

+ Thiết kế và kích thước của hệ thống làm mát.

+ Vật liệu của lớp làm mát.

+ Tốc độ lưu lượng chất làm mát.

- Dưới đây là hình ảnh một số bộ phận chính của bộ khuôn:

Hình 2.7: Bi sắt dùng để chặn dòng chảy

2.3.2 Ưu điểm của hệ thống làm mát “Cooling layer”

- Hiệu quả làm mát cao: Các viên bi sắt giúp tăng cường khả năng trao đổi nhiệt, làm mát khuôn nhanh chóng và hiệu quả.

Phân bố nhiệt đều trong khuôn không chỉ giảm thiểu hiện tượng quá nhiệt mà còn đảm bảo nhiệt độ đồng nhất, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm và kéo dài tuổi thọ của bộ khuôn.

Hệ thống làm mát "Cooling layer" được thiết kế linh hoạt, phù hợp với hình dạng và kích thước cụ thể của khuôn, nhằm tối ưu hóa hiệu quả làm mát trong quá trình sản xuất.

2.3.3 Hình ảnh thực tế của bộ khuôn sau khi gia công

Hình 2.14: Một số chi tiết khác của bộ khuôn

Hình 2.15: Sản phẩm nhựa sau khi ép

Hình 2.16: Bộ khuôn hoàn chỉnh

2.3.4 Tiêu chuẩn của mẫu thử kiểm nghiệm độ bền kéo

Kích thước của mẫu thử kiểm nghiệm độ bền kéo được lấy theo tiêu chuẩn ASTM D638 Type V với những kích thước sau:

Hình 2.17: Kích thước mẫu thử độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 Type V

Ảnh hưởng của độ bền kéo đến chất lượng của sản phẩm nhựa

Độ bền kéo là chỉ số quan trọng giúp đánh giá khả năng chịu tải của sản phẩm, thể hiện mức độ mà sản phẩm có thể chịu được lực kéo trước khi bị đứt Đối với các sản phẩm thường xuyên phải chịu lực căng trong quá trình sử dụng như ống dẫn nước hay một số bộ phận của ô tô, độ bền kéo là yếu tố quan trọng đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.

Sản phẩm có độ bền kéo cao không chỉ mang lại sự tin cậy và ổn định trong quá trình sử dụng, mà còn rất quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu tính ổn định, đặc biệt là trong ngành y tế Bên cạnh đó, độ bền kéo cũng ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của sản phẩm; những sản phẩm này thường duy trì được hình dáng và độ bền tốt hơn sau thời gian sử dụng, giúp chúng luôn trông mới mẻ và hấp dẫn.

Quá trình gia nhiệt khuôn ép nhựa

Quá trình gia nhiệt khuôn ép nhựa là bước quan trọng trong sản xuất, nhằm nâng nhiệt độ khuôn đến mức cần thiết trước khi đổ chất liệu nhựa Việc gia nhiệt này không chỉ đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn tăng độ chính xác trong quá trình tạo ra sản phẩm cuối cùng.

Quá trình gia nhiệt khuôn ép nhựa được thực hiện thông qua phần mềm Smartview 4.4, cho phép giám sát nhiệt độ theo thời gian thực Phần mềm này hỗ trợ phân tích và điều chỉnh nhiệt độ, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng hiệu suất hoạt động.

Hệ thống gia nhiệt nước của Haitian sử dụng nguồn điện để làm nóng nước trong bể chứa, sau đó bơm nước qua các đường ống nhằm duy trì nhiệt độ ổn định cho máy ép phun Khi máy được khởi động và nhiệt độ mong muốn được cài đặt trên màn hình điều khiển, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh để giữ nhiệt độ nước ổn định Quá trình này đảm bảo nhiệt độ chính xác và ổn định trong quá trình ép nhựa.

Hình 2.19: Máy gia nhiệt nước của Haitian

Trong quá trình gia nhiệt, việc sử dụng thiết bị "Camera nhiệt Fluke TIS20" cho phép quan sát và đo nhiệt độ của bộ khuôn một cách chính xác Thiết bị này có thể kết nối với phần mềm để thu thập và phân tích dữ liệu nhiệt độ hiệu quả hơn.

“Smartview 4.4”, chúng ta có thể trích xuất dữ liệu và đánh giá nhiệt độ một cách chính xác nhất.

Hình 2.20: Camera nhiệt Fluke TIS20

- Dưới đây là bảng kết quả thực nghiệm quá trình gia nhiệt khuôn tại mức nhiệt độ 30°C.

Bảng 2.1: Kết quả thực nghiệm quá trình gia nhiệt khuôn

Nhận xét Hình ảnh kết quả thực nghiệm

30°C có bi trong 20 giây, ta thấy nhiệt độ tại vị trí hai lòng khuôn chênh lệch không đáng kể.

Chặn dòng nước bên uốn ở nhiệt độ

30°C trong 20 giây, ta thấy nhiệt độ tại vị trí lòng khuôn mẫu kéo tăng 2°C.

Chặn dòng nước có bi bên uốn ở nhiệt độ 30°C trong 20 giây, ta thấy nhiệt độ chênh lệch tại vị trí lòng khuôn mẫu kéo tăng 8°C.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về công nghệ ép phun

Công nghệ ép phun là phương pháp tạo hình sản phẩm bằng nhựa, bao gồm các bộ phận và linh kiện Quy trình này cần khuôn ép nhựa, máy ép nhựa và vật liệu nhựa với nhiệt độ nóng chảy khác nhau Sau khi nhựa được nung chảy, nó sẽ được bơm vào khuôn để lấp đầy các khoảng trống, tạo hình sản phẩm Cuối cùng, nhựa được làm nguội và được đẩy ra khỏi khuôn.

3.1.2 Các bước chính của quy trình ép phun

Quy trình ép phun bao gồm 4 bước chính, cụ thể như sau:

Trước khi bơm vật liệu nhựa vào khuôn, bước đầu tiên là đóng khuôn chặt bằng hệ thống kẹp Hệ thống kẹp tạo ra lực lớn, giúp hai nửa khuôn được ghép lại với nhau, ngăn chặn tình trạng hở khi vật liệu nhựa nóng chảy được ép vào.

Hình 3.1: Quá trình đóng khuôn và nhựa hóa

Bước 2: Nhựa sau khi được nung chảy sang trạng thái lỏng sẽ được hệ thống trục vít bơm vào khuôn ở trạng thái đóng với một áp suất lớn.

Hệ thống trục vít của máy ép nhựa hoạt động như một pít tông, đẩy nhựa nóng chảy về phía trước với áp lực lớn Kênh dẫn nhựa chứa nhựa lỏng, trong khi lòng khuôn đóng lại để hình thành sản phẩm.

Hình 3.2: Quá trình bơm nhựa vào khuôn

Bước 3 trong quy trình sản xuất nhựa là làm mát khuôn để biến phần nhựa nung chảy bên trong thành trạng thái rắn Để lấy sản phẩm nhựa ra ngoài, phần nhựa đã được nung chảy cần phải được làm đông cứng Hệ thống làm mát của máy thực hiện chức năng giải nhiệt cho bộ khuôn và hóa rắn phần nhựa trong lòng khuôn.

Hình 3.3: Quá trình làm nguội sản phẩm

Bước 4: Mở khuôn và đẩy sản phẩm.

Sau khi làm mát phần nhựa bên trong khuôn, hệ thống kẹp sẽ kéo nửa khuôn di động ra khỏi nửa khuôn cố định với một khoảng cách nhất định Tiếp theo, sản phẩm được đẩy ra ngoài thông qua các hệ thống đẩy Khi sản phẩm đã được lấy ra, khuôn có thể đóng lại và bắt đầu một chu kỳ sản xuất mới.

Hình 3.4: Công đoạn lấy sản phẩm

3.1.3 Ứng dụng của công nghệ ép phun

Công nghệ ép phun đóng vai trò quan trọng trong sản xuất hiện đại, với sự hiện diện của các sản phẩm nhựa trong mọi lĩnh vực Những sản phẩm này không chỉ là bộ phận kết nối trong hệ thống máy móc vận hành linh hoạt mà còn là những vật dụng tiện lợi trong đời sống hàng ngày Công nghệ ép phun được ứng dụng rộng rãi để tạo ra nhiều loại sản phẩm nhựa trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

- Bao bì: nắp chai, hộp đựng, …

- Điện tử: vỏ của các linh kiện điện tử, vỏ dây điện, các loại ổ và phích cắm điện, …

- Gia dụng: giỏ đồ, xô, rổ, ghế, thùng rác, ốp lưng điện thoại, ly nước, đồ chơi, …

- Y tế: các thiết bị y tế, ống tiêm và linh kiện thiết bị, …

Tổng quan về máy ép nhựa

3.2.1 Máy ép nhựa là gì

Máy ép nhựa, còn gọi là máy ép keo hay máy ép phun, là thiết bị phổ biến trong các dây chuyền sản xuất sử dụng công nghệ ép phun Chức năng chính của máy là cố định khuôn trong suốt quá trình đẩy nhựa nóng chảy vào lõi khuôn bằng áp lực phun Khi nhựa lấp đầy lòng khuôn và được làm nguội, sản phẩm sẽ được đẩy ra ngoài qua hệ thống lõi.

3.2.2 Cấu tạo máy phun ép nhựa

Máy ép nhựa bao gồm hai bộ phận chính: phần kẹp khuôn và phần phun nhựa, với nguồn cấp năng lượng có thể là động cơ điện hoặc hệ thống thủy lực.

- Phần kẹp khuôn gồm có phần kẹp khuôn cố định và phần kẹp khuôn di động cố định Trong đó:

Phần kẹp khuôn cố định có nhiệm vụ giữ chặt khuôn, đảm bảo rằng khuôn luôn ở vị trí chính xác nhờ vào sự kết hợp giữa vòng định vị trên khuôn và lỗ định vị.

Phần kẹp khuôn di động giữ vai trò quan trọng trong việc kẹp và giữ nửa khuôn di động, di chuyển song song với quá trình đóng mở khuôn trong mỗi chu kỳ ép phun Nó còn được trang bị một phần lói đẩy, giúp tác động lên tấm đẩy pin để đẩy sản phẩm ra ngoài hiệu quả.

Phần phun nhựa chuyển hóa vật liệu nhựa từ dạng rắn sang dạng lỏng thông qua hệ thống gia nhiệt Sau khi nhựa được làm nóng và trở thành lỏng, nó sẽ được bơm vào khuôn nhờ lực đẩy từ trục vít và áp lực của hệ thống vòi phun.

Máy ép nhựa không chỉ bao gồm hai phần chính mà còn tích hợp thêm nhiều hệ thống khác như hệ thống điện, hệ thống điều khiển, robot, hệ thống làm nguội và hệ thống thủy lực, giúp nâng cao hiệu suất và tính năng hoạt động.

Hình 3.5: Cấu tạo máy ép nhựa

Tổng quan về khuôn ép nhựa

3.3.1 Giới thiệu về khuôn ép nhựa

Khuôn ép nhựa được chế tạo từ kim loại bền, sử dụng các phương pháp gia công như gia công thô và gia công CNC Một bộ khuôn bao gồm nhiều thành phần, nhưng chủ yếu chia thành hai nửa để hoạt động Khi hai nửa khuôn tiếp xúc, chúng tạo ra một khoang trống gọi là lòng khuôn Nhựa nung chảy sẽ được bơm vào lòng khuôn và hóa rắn nhờ hệ thống làm mát, từ đó tạo hình sản phẩm.

3.3.2 Cấu tạo của khuôn ép nhựa

Một bộ khuôn ép nhựa cơ bản bao gồm các chi tiết sau:

Tấm kẹp trên được sử dụng để kết nối chặt chẽ tấm kẹp trên với tấm khuôn trên, tạo thành một khối vững chắc Đồng thời, nó cũng có chức năng ép chặt khối này lên phần kẹp khuôn cố định của máy ép nhựa, đảm bảo quá trình ép diễn ra hiệu quả.

- Vòng định vị: dùng để định vị vòi phun của máy ép tương xứng với vị trí bạc cuống phun.

- Bạc cuống phun: dùng để dẫn nhựa từ đầu máy ép phun tới lòng khuôn.

- Insert âmvàInsert dươngkết hợp với nhau giúp định hình sản phẩm.

- Tấm khuôn trên: là phần tạo hình bao ngoài sản phẩm, quyết định đến độ chính xác của của khuôn cũng như là độ chính xác của sản phẩm.

- Tấm khuôn dưới: là phần đường bao với vai trò quyết định hình dáng bên trong của sản phẩm.

- Chốt dẫn hướng: dùng để định vị hai nửa khuôn trong quá trình đóng mở khuôn.

- Bạc dẫn hướng: cùng chốt dẫn hướng, dẫn hướng quá trình đóng mở khuôn.

Gối đỡ là thiết bị hỗ trợ giúp tăng cường độ vững chắc cho bộ khuôn sau nhiều lần ép Khoảng trống giữa hai gối đỡ được sử dụng để lắp đặt hệ thống đẩy, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

- Chốt đẩy: khi chu kỳ ép hoàn thành, khuôn mở và chốt đẩy sẽ đẩy sản phẩm được ép ra khỏi khuôn.

- Tấm đẩy trên: dùng để giữ các chi tiết như chốt đẩy, chốt hồi, chốt giật đuôi keo.

Tấm đẩy dưới có chức năng chặn các chốt trên tấm đẩy trên, ngăn không cho chúng rơi ra ngoài trong quá trình đẩy sản phẩm Cả tấm đẩy trên và tấm đẩy dưới được lắp chặt lại với nhau, tạo thành một khối gọi là giàn đẩy.

Chốt hồi giúp định hướng giàn đẩy di chuyển theo phương tịnh tiến thẳng, ngăn chặn hiện tượng trượt ra ngoài Đồng thời, thiết bị này còn bảo vệ các ty đẩy, tránh cong vênh trong quá trình lùi về.

- Lò xo: giúp giàn đẩy quay trở về khi khuôn đóng để thực hiện chu kỳ ép tiếp theo.

Tấm kẹp dưới là một bộ phận quan trọng trong quy trình phun ép nhựa, có chức năng kẹp chặt toàn bộ cụm khuôn dưới thành một khối thống nhất Đồng thời, nó cũng giúp gắn kết khối này vào phần kẹp khuôn di động của máy, đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra ổn định và hiệu quả.

Hình 3.6: Cấu tạo của bộ khuôn ép nhựa cơ bản

Tổng quan về vật liệu nhựa

Nhựa, hay còn gọi là vật liệu dẻo, là loại vật liệu có khả năng biến dạng dưới tác động của nhiệt và áp suất, đồng thời giữ được hình dạng biến dạng sau khi tác động kết thúc Vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nhiều loại sản phẩm thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày.

Hầu hết các vật liệu dẻo được cấu thành từ các polyme hữu cơ, trong đó nguồn gốc của polyme chủ yếu đến từ các chuỗi chứa nguyên tử oxi, hoặc kết hợp với nitơ, oxi và lưu huỳnh.

3.4.2 Một số loại nhựa thường dùng trong công nghệ ép phun a Nhựa ABS (Acrylonitrin Butadien Styren) gồm 3 đơn phân tử acrylonnitrile, butadiene, styrene Các đơn phân tử này ảnh hưởng đến tính chất của nhựa ABS: tính cứng, tính bền với nhiệt độ và hoá chất là do acrylonnitrile; tính dễ gia công, tính bền của styrene; tính dẻo, độ dai va đập là của butadiene Nhựa ABS rất cứng, rắn nhưng không giòn, cân bằng tốt giữa độ bền kéo, va đập, độ cứng bề mặt, độ rắn, độ chịu nhiệt các tính chất ở nhiệt độ thấp và các đặc tính về điện trong khi giá cả tương đối rẻ Tính chất đặc trưng của ABS là độ chịu va đập và độ dai.

Nhựa PP (Polypropylen) có độ dẻo và độ cứng trung bình, không bị biến dạng dưới tác động của nhiệt độ và áp lực, đồng thời chịu được hóa chất và tia UV Với độ bền cao và độ bền kéo tốt, nhựa PP thích hợp cho việc sản xuất các sản phẩm có độ bền và khả năng chịu lực tốt Hạt nhựa nguyên sinh PP không màu, không vị, không mùi và không gây độc hại; khi cháy, nó tạo ra ngọn lửa màu xanh nhạt với mùi gần giống cao su Sản phẩm từ PP thường nhẹ và có độ bền cao.

Nhựa PE (Polyethylene) là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến toàn cầu, được tạo thành từ việc trùng hợp các monome etylen Nó có màu trắng, hơi trong suốt, không dẫn điện và nhiệt, đồng thời không thấm nước và khí.

Quá trình nghiên cứu thông số ép

Nhiệt độ nóng chảy (Melt Temp) là nhiệt độ mà nhựa chuyển sang trạng thái lỏng, sẵn sàng cho quá trình phun vào khuôn Đây là một trong những thông số quan trọng nhất trong quá trình phun ép nhựa, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng Đối với nhựa ABS Polylac PA-709S, nhiệt độ nóng chảy đề xuất là 220℃, với các lựa chọn nhiệt độ lần lượt là 224℃, 226℃, 228℃, 230℃ và 232℃.

- Filling pressure (Áp suất điền đầy) là áp suất cần thiết để nạp nhựa đầy lòng khuôn Tiến hành rà thông số:

Hình 3.10: Gá khuôn lên máy

+ Áp suất điền đầy là 50 Bar.

Hình 3.11: Sản phẩm được ép với áp suất điền đầy là 50 Bar

+ Sản phẩm dùng để kiểm nghiệm độ bền kéo chưa được điền đầy → tăng với áp suất điền đầy lên thành 60 Bar.

Hình 3.12: Sản phẩm được ép với áp suất điền đầy là 60 Bar

+ Áp suất phun là 60 Bar, mẫu kéo vẫn chưa được điền đầy → tăng áp suất điền đầy lên thành 70 Bar.

Hình 3.13: Sản phẩm được ép với áp suất điền đầy là 70 Bar

+ Sản phẩm kéo vẫn chưa được điền đầy → tăng áp suất điền đầy lên thành 75 Bar.

Hình 3.14: Sản phẩm được ép với áp suất điền đầy là 75 Bar

+ Khi áp suất điền đầy là 75 Bar, sản phẩm đã được điền đầy Chọn áp suất điền đầy lần lượt là 80/ 82/ 84/ 86/ 88 Bar.

Áp suất định hình (Packing pressure) là áp suất cần thiết để duy trì trạng thái nhựa sau khi được phun vào khuôn Mục đích chính của áp suất này là ngăn chặn sự biến đổi của nhựa và bù đắp cho sự co ngót khi nhựa nguội và đông đặc trong khuôn Công thức tính áp suất định hình là Áp suất điền đầy nhân với 0.95, dẫn đến các giá trị áp suất định hình lần lượt là 76/ 77.9/ 79.8/ 81.7/ 83.6 Bar.

Thời gian định hình (Packing Time) là khoảng thời gian mà bộ khuôn được duy trì ở nhiệt độ cao, cho phép vật liệu nhựa lấp đầy chính xác các vị trí cần thiết Thời gian này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ bền và độ cứng của vật liệu, đồng thời ngăn ngừa tình trạng biến dạng hoặc nứt vỡ trong quá trình gia nhiệt Giáo viên hướng dẫn đã gợi ý cho nhóm các khoảng thời gian định hình lần lượt là 0.5, 1, 1.5, 2 và 2.5 giây.

Nhiệt độ nước (Water Temp) đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm mát khuôn khi ép nhựa Để đạt hiệu quả tối ưu, nhiệt độ nước cần được điều chỉnh phù hợp với loại nhựa và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm Các mức nhiệt độ được gợi ý cho nhóm là 50℃, 60℃, 70℃, 80℃ và 90℃.

THỰC NGHIỆM TAGUCHI VÀ KIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN MẪU KÉO

Vật liệu nhựa và thông số máy ép nhựa MA 1200III

Hình 4.1: Nhựa ABS Polylac PA-709S

Hình 4.2: Thông số của nhựa ABS Polylac PA-709S

Quá trình tạo mẫu kiểm nghiệm độ bền kéo diễn ra trên máy ép nhựa MA 1200III tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Hình 4.3: Máy ép nhựa MA 1200III Bảng 4.1: Thông số ép phun của máy ép nhựa MA 1200III

A B C Đường kính trục vít (mm) 32 36 40

Thể tích ép phun (cm3) 121 153 188

Tỉ lệ phun (g/s) 104 132 162 Áp suất phun tối đa (MPa) 234 185 150

Tỉ lệ nung dẻo (GPPS) (g/s) 12.5 16.5 20

Tốc độ quay trục vít (rpm) 0-285

Bảng 4.2: Thông số kẹp khuôn của máy ép nhựa MA 1200III

Lực kẹp khuôn tối đa (kN) 900

Khoảng cách các trục nối (mm) 360 x 360

Chiều cao khuôn max (mm) 390

Chiều cao khuôn min (mm) 150

Tạo bảng số liệu các trường hợp dùng cho việc ép mẫu bằng phương pháp Taguchi

Bước 1: Xác định bộ thông số đầu vào

Bảng 4.3: Bảng thông số đầu vào

Yếu tố Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3 Mức độ 4 Mức độ 5

Bước 2: Lựa chọn thí nghiệm mảng trực giao Orthogonal Arrays trên phần mềm minitab.

Hình 4.4: Khởi động phần mềm

- Trên thanh công cụ chọn Stat → DOE → Taguchi → Create Taguchi Design.

Hình 4.5: Tạo Create Taguchi Design

- Chọn số lượng yếu tố và mức độ, sau đó nhấn Design.

Hình 4.6: Chọn yếu tố và mức độ

+ Dựa vào bảng thông số đầu vào, Type of Design ta chọn 5-Level Design, tiếp theo nhấn vào ô có mũi hướng xuống ngay Number of factors ta chọn 5.

+ Đối với bộ thông số có 5 yếu tố và 5 mức độ phần mềm đề xuất cho mảng trực giao L25 (25 thí nghiệm).

- Nhấn OK trên hộp thoại Taguchi Design Design, sau đó chọn Factors.

Hình 4.7: Chọn Factors để nhập yếu tố đầu vào

- Nhập tên các yếu tố vào cột Name, nhập giá trị các mức độ vào cột Level Values.

Hình 4.8: Nhập 5 yếu tố đầu vào và 5 giá trị của chúng

- Nhấn OK trên hộp thoại Taguchi Design: Factors và OK trên hộp thoại TaguchiDesign → 25 trường hợp Taguchi sẽ được liệt kê.

Bảng 4.4: Bảng thông số 25 trường hợp Taguchi

Tiến hành ép thử nghiệm chế tạo các mẫu thử

- Sau khi gá khuôn lên máy, tiến hành ép thử sản phẩm theo bộ thông số ép trong các trường hợp Taguchi vừa tạo.

Hình 4.9: Máy gia nhiệt nước

Hình 4.10: Thông số gia nhiệt đầu phun nhựa

Hình 4.11: Điều chỉnh thông số ép

Hình 4.12: Mẫu sau khi ép thử

Chế tạo các mẫu thử độ bền kéo

Sau khi hoàn thành việc ép thử, mẫu đã đạt tiêu chuẩn chất lượng và lấp đầy hoàn toàn khuôn sản phẩm Tiếp theo, tiến hành ép toàn bộ 25 trường hợp Taguchi để chuẩn bị cho quá trình kiểm nghiệm độ bền kéo nhằm đánh giá chất lượng Dưới đây là ví dụ về quá trình ép của trường hợp 2, các trường hợp còn lại sẽ được thực hiện tương tự.

Hình 4.13: Thông số ép và mẫu ép trường hợp 2

Thử nghiệm độ bền kéo

4.5.1 Giới thiệu máy kiểm nghiệm độ bền kéo uốn và tiến hành kéo thử a Giới thiệu máy kiểm nghiệm độ bền kéo uốn

Nhóm đã sử dụng máy kiểm nghiệm độ bền kéo uốn do Viện Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh cung cấp để thực hiện quá trình thí nghiệm đo độ bền kéo.

Hình 4.14: Máy kiểm nghiệm độ bền kéo uốn

- Sử dụng phần mềm SIMATIC WinCC Runtime Advanced để có thể điều khiển được máy kiểm nghiệm độ bền kéo uốn.

Hình 4.15: Giao diện làm việc của phần mềm b Tiến hành kéo thử

Trước khi thực hiện kiểm nghiệm độ bền kéo cho 25 trường hợp Taguchi, cần kéo các mẫu thử dự phòng để đánh giá sự ổn định của máy và đảm bảo kết quả đạt tiêu chuẩn yêu cầu Với vật liệu mẫu kéo là ABS, nhóm đã chọn tốc độ kéo là 15 mm/phút cho máy kéo của trường cung cấp.

Hình 4.16: Kẹp mẫu để tiến hành kéo thử

Hình 4.17: Mẫu sau khi bị kéo đứt

Hình 4.18: Mẫu nháp sau khi bị kéo đứt

- Sau khi kéo xong, ta xuất file trong phần mềm sẽ cho ra một bảng thông số kết quả về lực kéo và chuyển vị như hình bên dưới:

Hình 4.19: Thông số lực và chuyển vị sau khi kéo

4.5.2 Tiến hành đo độ bền kéo

- Đo kích thước chiều rộng và bề dày tại vị trí kéo đứt của mẫu ép.

Hình 4.20: Đo kích thước chiều rộng ngay tại vị trí kéo đứt

Hình 4.21: Đo kích thước bề dày ngay tại vị trí kéo đứt

- Sau khi đo xong 25 trường hợp cho 3 mẫu thử kéo thì ta được bảng tổng hợp sau:

Bảng 4.5: Kích thước chiều rộng và bề dày tại vị trí kéo đứt của các mẫu ép

Tên trường hợp chiều rộng mẫu 1(mm) bề dày mẫu 1(mm) chiều rộng mẫu 2(mm) bề dày mẫu 2(mm) chiều rộng mẫu 3(mm) bề dày mẫu 3(mm)

Sau khi hoàn thành việc đo kích thước tiết diện và xác minh rằng mẫu kéo thử đáp ứng tiêu chuẩn, nhóm đã tiến hành thực nghiệm kiểm nghiệm độ bền kéo cho ba mẫu thuộc từng trường hợp Taguchi.

Thống kê kết quả và quy hoạch thực nghiệm

- Khi đã kéo trong xong tất cả các mẫu, ta thu được bảng số liệu lực và chuyển vị tại ví trí mẫu bị kéo đứt:

Bảng 4.6: Thông số lực và chuyển vị tại ví trí mẫu bị kéo đứt

- Sử dụng công thức Stress-Strain để có thể tính được độ bền kéo và độ bền dẻo của mẫu.

Hình 4.22: Công thức tính Stress-Strain

Sử dụng công thức đã nêu, chúng tôi đã tính toán độ bền kéo và độ bền dẻo cho 75 mẫu thuộc 25 trường hợp Taguchi Sau đó, chúng tôi tiến hành vẽ biểu đồ để đánh giá và thu thập kết quả Do thông số lực kéo từ phần mềm máy kéo được hiển thị bằng đơn vị kg, chúng tôi đã nhân thêm cho 10 để chuyển đổi sang đơn vị lực F (N) Dưới đây là bảng thông số và biểu đồ của 25 mẫu sau khi đã tính toán xong các giá trị Stress và Strain; các mẫu còn lại cũng được xử lý tương tự.

Bảng 4.7: Thông số Stress-Strain của mẫu trường hợp 1

STT Lực (kg) Chuyển vị (mm) Stress (MPa) Strain (%)

Hình 4.23: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 1

Hình 4.24: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 2

Hình 4.25: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 4

Hình 4.26: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 3

Hình 4.27: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 5

Hình 4.28: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 6

Hình 4.29: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 7

Hình 4.30: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 8

Hình 4.31: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 9

Hình 4.32: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 10

Hình 4.33: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 11

Hình 4.34: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 12

Hình 4.35: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 13

Hình 4.36: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 14

Hình 4.37: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 15

Hình 4.38: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 16

Hình 4.39: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 17

Hình 4.40: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 18

Hình 4.41: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 19

Hình 4.42: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 20

Hình 4.43: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 21

Hình 4.44: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 22

Hình 4.45: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 23

Hình 4.46: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 24

Hình 4.47: Biểu đồ Stress-Strain của mẫu trường hợp 25

Tối ưu hóa thông số

- Để có thể tiến hành được tối ưu hóa thông số thì trước tiên ta phải tính Stress Max trung bình của 25 trường hợp Taguchi.

Bảng 4.8: Bảng độ bền tối đa và độ bền trung bình

- Từ các thông số có ở trên, ta tổng hợp lại được bảng gồm 5 yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm và Stress Max trung bình của từng trường hợp.

Bảng 4.9: Bảng tổng hợp 25 trường hợp Taguchi và giá trị độ bền kéo trung bình

4.7.2 Tối ưu hóa thông số

Sử dụng phần mềm Minitab để tìm được thông số tối ưu cần tìm.

Bước 1: Ta copy toàn bộ bảng 4.9 vào Minitab.

Hình 4.48: Đem dữ liệu bảng 4.9 vào Minitab

Bước 2: Chọn Stat -> DOE -> Taguchi -> Analyze Taguchi Design.

Hình 4.49: Tạo Analyze Taguchi Design

Bước 3: Chọn đầu ra là Stress Max (MPa) → Options để chọn hàm mục tiêu lớn nhất là tốt nhất (Larger is better) sau đó nhấn OK.

Hình 4.50: Chọn yếu tố đầu ra và hàm mục tiêu để tính toán

Hình 4.51: Kết quả thông số tối ưu

Từ hình 4.48, kết luận thông số tối ưu:

Chế tạo mẫu theo thông số tối ưu

Sau khi đã tìm được thông số tối ưu, nhóm tiến hành ép mẫu lại theo bộ thông số tối ưu đó.

Hình 4.52: Mẫu ép thông số tối ưu

DỰ ĐOÁN ĐỘ BỀN KÉO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ANN

Giới thiệu về ANN

- Phương pháp ANN là phương pháp dùng để dự đoán và kiểm tra độ bền sản phẩm.

- Ứng dụng của ANN trong việc kiểm tra độ bền kéo:

+ ANN là thuật toán giúp chúng ta dự đoán độ bền kéo của mẫu kéo mà không cần phải thực nghiệm.

+ Khi có đủ bộ thông số đầu vào, ANN sẽ tính toán thông số đầu ra của bộ dữ liệu đầu vào.

Ứng dụng ANN vào việc dự đoán độ bền

Bước 1: Tạo bộ dữ liệu

- Từ bảng thông số của Taguchi, ta tiến hành chuyển thông số từ dạng cột thành dạng hàng

Hình 5.1: Chuyển thông số từ dạng cột thành dạng hàng

Bước 2: Gán giá trị đầu vào (Input) và giá trị đầu ra (Target)

To begin using Matlab, launch the software and select "New Variable" to input the necessary values The input values consist of Melt Temperature, Filling Pressure, Packing Pressure, Packing Time, Water Temperature, and Strain.

Hình 5.2: Gán giá trị đầu vào

- Tiếp tục chọn New Variable để nhập giá trị đầu ra (Target) Giá trị đầu ra là Stress.

Hình 5.3: Gán giá trị đầu ra

- Tiếp theo ta nhập “nntool” ở thanh Command Window để mở công cụ NeuralNetwork, sau khi mở mở công cụ Neural Network ta nhấn Import.

Hình 5.4: Công cụ Neural Network

- Bắt đầu gán giá trị “Input” và “Target” lần lượt vào “Input Data” và “Target Data” sau đó nhấn Import.

Hình 5.5: Gán giá trị “Input”

Hình 5.6: Gán giá trị “Target”

Bước 3: Tạo cấu trúc mạng

Chọn "New" để bắt đầu tạo sơ đồ cho bài toán mạng nơ-ron nhân tạo Tiếp theo, lựa chọn các giá trị và thuật toán phù hợp để xây dựng chương trình thuật toán Cuối cùng, nhấn "Create" để hoàn tất quá trình tạo thuật toán mạng.

Hình 5.7: Tạo cấu trúc mạng

- Gán giá trị “Input” và “Target” lần lượt vào “Inputs” và “Targets” Sau đó Train Network để quá trình training diễn ra.

Quá trình đào tạo được thực hiện lặp đi lặp lại cho đến khi giá trị R đạt gần 1, thường trong khoảng 0.95 đến 1, được coi là chấp nhận được Khi kết quả đạt yêu cầu, quá trình đào tạo sẽ được dừng lại.

Hình 5.9: Kết quả sau khi đào tạo mạng

Bước 5: Tiến hành dự đoán

- Sau khi đào tạo mạng, tiến hành export mạng vừa đào tạo và tiến hành dự đoán.

Hình 5.10: Export mạng vừa tạo vào bảng Workspace

- Sau khi export mạng vừa tạo sẽ xuất hiện trên bảng Workspace.

- Tạo mục chứa dữ liệu cần dự đoán độ bền với tên “test”.

Hình 5.12: Mục chứa dữ liệu cần dự đoán độ bền

- Copy bộ dữ liệu 6 biến đầu vào của 1 trường hợp thực nghiệm Taguchi bất kỳ.

Hình 5.13: Trường hợp 1 thực nghiệm Taguchi

- Đem dữ liệu vừa copy mục “test” đã tạo trên Matlab Click chuột phải chọn

“Transpose Variable” để chuyển dữ liệu cột thành hàng.

Hình 5.14: Chuyển dữ liệu cột thành hàng

- Nhập lệnh “network1 (test)” trên Command Window để phần mềm tính toán dữ liệu đầu ra.

Hình 5.15: Nhập lệnh “network1 (test)”

- Dữ liệu đầu ra sẽ được xuất ra và chứa trong mục “ans” Đây là dữ liệu độ bền kéo do ANN tính toán.

Hình 5.16: Dữ liệu đầu ra

- Sau khi đã có thông số dữ liệu Stress (MPa) ANN như hình 5.16 kết hợp với biếnStrain (%) → tiến hành vẽ 25 biểu đồ Stress – Strain của ANN.

Hình 5.17: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 1

Hình 5.18: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 2

Hình 5.19: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 3

Hình 5.20: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 4

Hình 5.21: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 5

Hình 5.22: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 6

Hình 5.23: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 7

Hình 5.24: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 8

Hình 5.25: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 9

Hình 5.26: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 10

Hình 5.27: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 11

Hình 5.28: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 12

Hình 5.29: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 13

Hình 5.30: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 14

Hình 5.31: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 15

Hình 5.32: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 16

Hình 5.33: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 17

Hình 5.34: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 18

Hình 5.35: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 19

Hình 5.36: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 20

Hình 5.37: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 21

Hình 5.38: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 22

Hình 5.39: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 23

Hình 5.40: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 24

Hình 5.41: Biểu đồ Stress – Strain của ANN ở trường hợp 25

So sánh biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi của từng trường hợp

Hình 5.42: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 1

Hình 5.43: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 2

Hình 5.44: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 3

Hình 5.45: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 4

Hình 5.46: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 5

Hình 5.47: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 6

Hình 5.48: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 7

Hình 5.49: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 8

Hình 5.50: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 9

Hình 5.51: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 10

Hình 5.52: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 11

Hình 5.53: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 12

Hình 5.54: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 13

Hình 5.55: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 14

Hình 5.56: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 15

Hình 5.57: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 16

Hình 5.58: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 17

Hình 5.59: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 18

Hình 5.60: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 19

Hình 5.61: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 20

Hình 5.62: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 21

Hình 5.63: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 22

Hình 5.64: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 23

Hình 5.65: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 24

Hình 5.66: Biểu đồ Stress – Strain của ANN so với Taguchi ở trường hợp 25

Qua 25 biểu đồ so sánh, giá trị độ bền kéo (Stress) và biến dạng (Strain) của phương pháp Taguchi và ANN có sự chênh lệch không đáng kể Trong một số trường hợp, độ bền kéo của phương pháp Taguchi có thể lớn hơn so với phương pháp ANN, và ngược lại.

So sánh sự ảnh hưởng của nhiệt độ nóng chảy đối với biểu đồ Stress – Strain

Giữ nguyên các thông số như Nhiệt độ nước, Áp suất nạp, Áp suất đóng gói và Thời gian đóng gói Đối với thông số Nhiệt độ nóng chảy, hãy điều chỉnh với các mức nhiệt độ là: 227℃, 229℃, 231℃, 233℃ và 235℃.

Hình 5.67: Biểu đồ Stress – Strain đối với sự thay đổi của nhiệt độ nóng chảy

Biểu đồ cho thấy khi nhiệt độ nóng chảy đạt 231℃, độ bền của sản phẩm ép tăng lên, nhưng sau đó lại giảm dần khi nhiệt độ nóng chảy tiếp tục tăng đến 235℃ Để tối ưu hóa độ bền, nhiệt độ nóng chảy nên được điều chỉnh trong khoảng 230℃.

So sánh sự ảnh hưởng của áp suất điền đầy đối với biểu đồ Stress – Strain

Giữ nguyên các thông số như Nhiệt độ nước, Nhiệt độ chảy, Áp suất đóng gói và Thời gian đóng gói Đối với thông số Áp suất điền, cần thay đổi với các mức áp suất khác nhau là: 79, 81.5, 86.5, 89 và 91.5 Bar.

Hình 5.68: Biểu đồ Stress – Strain đối với sự thay đổi của áp suất điền đầy

Biểu đồ cho thấy rằng khi áp suất điền đầy tăng, độ bền của sản phẩm ép chỉ tăng giảm không đáng kể Tuy nhiên, áp suất điền đầy cao giúp nhựa dễ dàng lấp đầy các vị trí phức tạp trong khuôn, giảm thiểu khuyết tật Với áp suất phun cao hơn, nhựa có khả năng lấp đầy khuôn nhanh chóng và đồng đều, từ đó tăng cường độ cứng và độ bền của sản phẩm.

So sánh sự ảnh hưởng của áp suất định hình đối với biểu đồ Stress – Strain

Giữ nguyên các thông số như Melt Temp, Filling Pressure, Water Temp và Packing Time Đối với thông số Packing Pressure, cần thay đổi với các mức áp suất là 74.5, 76.3, 78.2, 80.1 và 81.9℃.

Hình 5.69: Biểu đồ Stress – Strain đối với sự thay đổi của áp suất định hình

Biểu đồ cho thấy mối quan hệ giữa áp suất định hình và độ bền của sản phẩm ép Khi áp suất định hình tăng từ thấp lên cao, độ bền của sản phẩm ép không tăng giảm đồng đều Để đạt được độ bền tối ưu, áp suất định hình nên được điều chỉnh trong khoảng từ 80 - 82 Bar.

So sánh sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước đối với biểu đồ Stress – Strain

Giữ nguyên các thông số Melt Temp, Filling Pressure, Packing Pressure và Packing Time Đối với thông số Water Temp, cần thay đổi với các mức nhiệt độ là 48℃, 57℃, 67℃, 76℃ và 85℃.

Hình 5.70: Biểu đồ Stress – Strain đối với sự thay đổi của nhiệt độ nước

Biểu đồ cho thấy rằng khi nhiệt độ nước tăng, độ bền của sản phẩm ép cũng cải thiện Tuy nhiên, việc sử dụng nhiệt độ nước quá cao có thể dẫn đến sự xuất hiện nhiều bavia trên sản phẩm ép.

So sánh sự ảnh hưởng của thời gian định hình đối với biểu đồ Stress – Strain

Giữ nguyên các thông số như Melt Temp, Filling Pressure, Packing Pressure và Water Temp Tuy nhiên, thông số Packing Time sẽ được điều chỉnh với các mốc thời gian là 0.475 giây, 0.95 giây, 1.425 giây, 1.9 giây và 2.375 giây.

Hình 5.71: Biểu đồ Stress – Strain đối với sự thay đổi của thời gian định hình

Biểu đồ cho thấy mối quan hệ giữa thời gian định hình và độ bền của sản phẩm ép; khi thời gian định hình tăng, độ bền sản phẩm cũng tăng theo Điều này xảy ra do việc duy trì áp suất định hình lâu hơn giúp nhựa di chuyển vào các vị trí cần thiết, tạo ra sản phẩm có độ đặc và cứng cao hơn, từ đó nâng cao độ bền tổng thể.

Ngày đăng: 19/12/2024, 16:10

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN