Khảo sát cơ cấu đẳng moment khi chế tạo bằng phương pháp phun ép nhựa

Nội dung đề tài đã giải quyết được các vấn đề: - Tìm hiểu các đặc tính của các vật liệu nhựa ABS, TPU, và PA6 để lựa chọn thông số phun ép phù hợp.. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan h

TỔNG QUAN

Tổng quan hướng nghiên cứu

1.1.1 Các đề tài nghiên cứu trong nước Đối với các đề tài nghiên cứu trong nước, cơ tính của vật liệu nhựa được xem xét từ khá nhiều khía cạnh như bền kéo, bền uốn… Trong đó có một số nghiên cứu nổi bật như sau:

Nghiên cứu năm 2016 của Lê Tiến Thành tại ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM về ảnh hưởng của các thông số phun ép đến độ bền kéo của sản phẩm composite sợi thủy tinh nền polyme cho thấy rằng, khi nhiệt độ khuôn tăng từ 40˚C đến 70˚C với Tmelt = 244˚C, độ bền kéo của sản phẩm PA6 + 30% Glass Fiber được cải thiện rõ rệt Nhiệt độ nhựa càng cao thì độ bền kéo cũng tăng, tuy nhiên, khi nhiệt độ nhựa đạt 270˚C, độ bền kéo giảm xuống còn 370.36 MPa Đặc biệt, áp suất phun càng tăng thì độ bền kéo cũng tăng, đạt giá trị tối đa 443.21 MPa.

Đề tài “Cải thiện tính chất độ bền mỏi của Nylon 6 bằng cách sử dụng gia cố sợi thủy tinh và phương pháp phun” được thực hiện bởi nhóm tác giả Huỳnh Đỗ Song Toàn, Lê Hiếu Giang và các cộng sự tại Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM vào năm 2019 Nghiên cứu tập trung vào độ bền mỏi uốn của nhựa PA6 gia cố sợi thủy tinh, với các biến độc lập như thành phần sợi thủy tinh, nhiệt độ nhựa, áp suất giữ khuôn, thời gian giữ khuôn, áp suất phun và thời gian phun Kết quả cho thấy, thông qua phân tích phương sai (ANOVA), tỉ lệ sợi thủy tinh và nhiệt độ nóng chảy là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến độ dịch chuyển mỏi Cụ thể, tỷ lệ phần trăm sợi thủy tinh cao trong PA6 dẫn đến độ dịch chuyển của mẫu thử giảm Phân tích ANOVA một chiều cũng chỉ ra rằng không có mối liên hệ giữa lực mỏi và các yếu tố như áp suất giữ, thời gian giữ, áp suất phun, và thời gian bơm.

Nghiên cứu "Ảnh hưởng của hình học đến độ bền xoắn của khuôn phun ép sản phẩm nhựa" năm 2024 do PGS TS Đỗ Thành Trung tại ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM thực hiện, đã phân tích độ bền xoắn của bốn thông số hình học khác nhau sử dụng vật liệu nhựa PP Nghiên cứu áp dụng phần mềm CAE và ANN, đồng thời thực hiện thử nghiệm trên mô hình máy thử xoắn Kết quả cho thấy sự tương quan giữa hình học và độ bền xoắn của sản phẩm nhựa.

Khi so sánh 2 đối với 4 mô hình khác nhau, giá trị moment xoắn và góc quay cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các mô hình Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của sự thay đổi hình học trong việc ảnh hưởng đến độ bền xoắn của sản phẩm ép phun nhựa Do đó, việc thiết kế sản phẩm cần chú ý cẩn thận đến hình dáng hình học để đạt được giá trị moment xoắn mong muốn.

Bảng 1.1: So sánh moment xoắn và góc xoắn

Góc xoắn (độ) Moment xoắn

Đề tài “Nghiên cứu đặc điểm độ bền mỏi xoắn của chi tiết nhựa” năm 2024, do PSG TS Phạm Sơn Minh từ trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM thực hiện, tập trung vào việc phân tích độ bền mỏi của các loại nhựa như PP, ABS và PA6 Kết quả nghiên cứu chỉ ra các đặc điểm về độ bền mỏi xoắn, độ dẻo và ứng dụng của các loại nhựa này, được trình bày rõ ràng trong bảng dưới đây.

Bảng 1.2: So sánh kết quả của nhựa ABS, PP, PA6

Yếu tố ABS PP PA6 Độ bền mỏi xoắn

ABS có độ dẻo vừa phải, không quá mềm, không quá cứng

Thấp đến trung bình PP có tính đàn hồi cao

Trung bình đến cao PA6 có độ dẻo tương đối cao và độ bền mỏi xoắn tốt Độ dẻo

ABS có độ dẻo vừa phải, đủ linh hoạt để chịu được va đập mà không gãy

PP có độ dẻo cao, mềm mại và linh hoạt

PA6 có độ dẻo tương đối cao, sự linh hoạt và chịu lực tốt Ứng dụng

Sản phẩm điện tử, ô tô, đồ chơi, vỏ ngoài các sản phẩm Đóng gói, đồ gia dụng, ống nước, y tế Ô tô, dệt may, ống nước, ứng dụng công nghiệp

1.1.2 Các đề tài nghiên cứu ngoài nước

Nghiên cứu "Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền mỏi và thiệt hại mỏi tích lũy của vật liệu tổng hợp FRP" do H Mivehchi và A Varvani-Farahani thực hiện vào năm 2010 đã phát triển mô hình thiệt hại mỏi tích lũy của Varvani-Farahani Mô hình này dựa trên các thông số nhiệt độ như độ bền kéo tới hạn (T) và Modul đàn hồi E (T) để đánh giá thiệt hại mỏi của vật liệu tổng hợp FRP ở nhiều mức nhiệt độ khác nhau Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi nhiệt độ tăng, thiệt hại mỏi tích lũy cũng tăng theo, và ngược lại.

Đề tài "Kiểm tra hành vi mài mòn của bánh răng PA66 trong các chu kỳ khác nhau" được thực hiện bởi Rifat Yakut và Hayrettin Düzcükoglu vào năm 2014, tập trung vào việc thiết kế thử độ mỏi cho bánh răng làm từ nhựa PA66 có sợi thủy tinh Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn tải trọng răng và chu kỳ làm việc phù hợp để đạt được điều kiện tối ưu cho bánh răng nhựa.

The study titled "Materials with Enhanced Adhesive Properties Based on Acrylonitrile-Butadiene Styrene (ABS)/Thermoplastic Polyurethane (TPU) Blends for Fused Filament Fabrication (FFF)" by A.S de León, A Domínguez-Calvo, and S.I Molina in 2019 reveals that when the TPU content in the ABS/TPU blend is below 20%, the bending strength remains unchanged However, with a TPU composition of 30%, the bending strength begins to reflect the properties of TPU.

The article titled "Optimal Design of a Compliant Constant-Force Mechanism to Deliver a Nearly Constant Output Force Over a Range of Input Displacements," authored by Chih-Hsing Liu, Mao-Cheng Hsu, Ta-Lun Chen, and Yang Chen in 2020, presents various methods for creating prototypes that closely resemble devices capable of generating a constant force despite significant variations in displacement.

The study titled "Study on the fluidity, mechanical and fracture behavior of ABS/TPU/CNT nanocomposites" by Farshad Heidari, Milad Aghalari, Ata Chalabi Tehran, and Karim Shelesh-Nezhad in 2020 reveals that incorporating TPU into ABS increases the melting temperature of the mixture while decreasing its impact resistance.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

-Ý nghĩa khoa học: Vận dụng các kiến thức về khuôn ép nhựa, tìm hiểu và nghiên cứu cơ cấu đẳng moment bằng phương pháp phun ép nhựa

Dự án này mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng, giúp phát triển các công trình hỗ trợ phục hồi chức năng khớp cho con người và cải thiện khả năng vận động Đồng thời, nó cũng đóng góp vào việc cân bằng tĩnh cho các thiết bị máy móc, nâng cao hiệu quả sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.

Inner Shaft OuterrimHình 1.1: Ứng dụng CTM [2]

Phạm vi nghiên cứu

-Giới hạn phạm vi kiến thức trong việc sử dụng các phương pháp phun ép nhựa cho cơ cấu đẳng moment xoắn

-Sản phẩm được ép phun và kiểm tra độ bền xoắn bằng máy máy kiểm tra moment xoắn với các chất liệu nhựa ABS, TPU, PA6 (0-30%) GF.

Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu độ bền xoắn của các chất liệu nhựa ABS, TPU, PA6 (0-30% GF) bằng phương pháp phun ép nhựa được thực hiện với các tỉ lệ và thông số ép khác nhau Mục tiêu là kiểm tra và so sánh độ bền xoắn cho từng trường hợp, từ đó xác định hiệu quả của từng loại nhựa trong ứng dụng thực tiễn.

Nhiệm vụ nghiên cứu

- Chế tạo cơ cấu đẳng moment bằng phương pháp phun ép nhựa

- Ép phun sản phẩm trên máy ép nhựa Haitian MA 1200 III với bộ khuôn đã có sẵn

- Thí nghiệm, xử lý số liệu và vẽ biểu đồ thể hiện đẳng moment

Phương pháp nghiên cứu

Chế tạo cơ cấu bằng vật liệu nhựa với các tỉ lệ nhựa và thông số ép đa dạng, sau đó kiểm tra hiện tượng đẳng moment của cơ cấu Cuối cùng, thu thập và so sánh kết quả để đánh giá hiệu suất và tính chất của các mẫu thử nghiệm.

Các ký hiệu trong thuyết minh

- Tmelt:Nhiệt độ nóng chảy nhựa (˚C)

- Pinj:Áp suất phun (MPa)

- Phold:Áp suất bão hòa (MPa)

- thold: Thời gian bão hòa (s)

CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Cơ cấu về đẳng moment

Cơ cấu đẳng moment (CTM) là một yếu tố quan trọng trong cơ học và kỹ thuật, có ứng dụng đa dạng trong công nghệ, y tế và sản phẩm tiêu dùng hàng ngày CTM được định nghĩa là khả năng duy trì moment xoắn đầu ra ổn định, bất chấp sự thay đổi trong góc quay đầu vào.

Constant-force region (force variation < 3%)

Hình 2.1: Dao động đầu vào so với đầu ra của cơ cấu đẳng moment [3]

Cơ cấu đẳng moment (CTM) tạo ra moment xoắn đầu ra ổn định trong phạm vi xoay đầu vào quy định, bất chấp sự phức tạp của hệ thống điều khiển cảm biến Với thiết kế nguyên khối, thiết bị hoạt động hiệu quả hơn, nhỏ gọn, nhẹ và di động Tuy nhiên, để đạt được sự ổn định, cơ cấu cần trải qua quá trình gia tải trước, chiếm một phần ba toàn bộ hành trình hoạt động Hơn nữa, sự biến dạng của các đoạn linh hoạt bị hạn chế do năng suất vật liệu, điều này cản trở tiềm năng ứng dụng khác của CTM.

CTM tạo ra moment đầu ra ổn định bất kể vòng quay đầu vào, giúp đơn giản hóa quá trình kiểm soát lực mà không cần hệ thống phản hồi phức tạp với bộ truyền động và cảm biến Nhờ vào tính năng này, CTM có nhiều ứng dụng tiềm năng trong thiết bị y tế, như thiết bị hỗ trợ di chuyển và phục hồi chức năng, cũng như trong động lực học và cân bằng tĩnh của máy móc và các ứng dụng hàng không vũ trụ.

Ngày nay, các mô hình thiết kế theo CTM cần thể hiện moment xoắn lớn và độ phẳng phù hợp để đáp ứng nhu cầu thực tế Vật liệu nhựa được ưa chuộng trong thiết kế cấu trúc nhờ tính đơn giản, nhẹ và hiệu quả về chi phí Với các tính chất cơ học vượt trội, khả năng chống mài mòn, ổn định kích thước và không yêu cầu bôi trơn, vật liệu này rất được ưa chuộng Để giải quyết vấn đề thiết kế, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các mô hình khác nhau về kiểu dáng và kích thước, tất cả đều theo cơ chế CTM Các nguyên mẫu chế tạo sẽ được đánh giá qua thử nghiệm nhằm so sánh tác động của các biến thể và kích thước mô hình đến độ bền xoắn.

Vật liệu nhựa

Nhựa ABS, viết tắt của "Acrylonitrile Butadiene Styrene", là loại nhựa tổng hợp kỹ thuật được tạo thành từ ba monomer: Acrylonitrile, Butadiene và Styrene Với tính chất cơ học vượt trội, nhựa ABS có độ rắn chắc, không giòn, khả năng cách điện, không thấm nước và bền với nhiệt độ cũng như hóa chất, giúp sản phẩm không bị biến dạng Đặc biệt, nhựa ABS nổi bật với sự kết hợp hoàn hảo giữa độ bền, độ cứng và khả năng chịu va đập.

Nhựa ABS có khả năng gia công và tạo hình dễ dàng, dẫn đến sự đa dạng và phong phú trong các sản phẩm được sản xuất từ loại nhựa này, mang lại nhiều lựa chọn cho người tiêu dùng.

ABS thường có màu trắng đục, nhưng có thể được nhuộm màu thông qua quá trình gia công Ngoài ra, ABS thường được phối hợp với các chất phụ gia nhằm nâng cao các đặc tính như khả năng chống cháy, chịu nhiệt và độ bền cơ học.

Nhựa PA6, hay còn gọi là Polyamide 6 hoặc nylon 6, là một loại nhựa kỹ thuật nổi bật với tính năng cơ học vượt trội và khả năng chịu nhiệt tốt Loại nhựa này thường được ứng dụng trong các lĩnh vực cần độ bền cao và khả năng chịu nhiệt, bao gồm sản xuất bộ phận máy móc, vật liệu cơ khí, linh kiện ô tô, và đôi khi còn được sử dụng trong sản xuất đồ chơi và các sản phẩm tiêu dùng khác.

Thermoplastic polyurethane (TPU) là một vật liệu đa dụng, kết hợp đặc tính của nhựa và cao su, mang lại tính co giãn cao TPU không chỉ có khả năng chống lại hóa chất và trầy xước, mà còn bảo vệ sản phẩm khỏi các tác nhân bên ngoài, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng trong nhiều quy trình sản xuất và ứng dụng sản phẩm.

Lí do chọn vật liệu nhựa ABS, TPU, PA6 để thí nghiệm

Vật liệu nhựa hợp chất TPU cộng với ABS là sự kết hợp hoàn hảo giữa polyurethane nhiệt dẻo (TPU) và acrylonitrile butadiene styrene (ABS) TPU nổi bật với tính đàn hồi cao và khả năng chống mài mòn, trong khi ABS mang lại độ cứng và độ bền vượt trội, thường được sử dụng trong các bộ phận ô tô, đồ chơi và đồ điện tử Sự pha trộn này tạo ra một vật liệu lý tưởng, kết hợp những đặc tính tốt nhất của cả hai loại nhựa.

PA6 nổi bật với độ bền kéo cao, khả năng chống va đập và chống mài mòn xuất sắc Khi kết hợp với sợi thủy tinh, nhựa PA6 cải thiện độ cứng, ổn định kích thước và nâng cao điểm nóng chảy, giúp tăng khả năng chống chịu nhiệt độ và thời tiết.

Sự kết hợp giữa nhựa ABS và TPU, cũng như PA6 với sợi thủy tinh, nhằm nâng cao chất lượng và hiệu suất của các vật liệu nhựa Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát cơ cấu đẳng moment để phân tích và so sánh kết quả khi pha trộn các loại vật liệu này.

PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM

Mô hình sản phẩm

Mô hình được thiết kế trên phần mềm Siemens NX và trải qua quy trình thiết kế, gia công lắp ráp thành bộ khuôn hoàn chỉnh trước khi tiến hành ép phun Trong quá trình này, các loại nhựa như ABS, TPU và PA6 (0 – 30%) GF được sử dụng, kết hợp với các thông số ép và tỷ lệ trộn nhựa khác nhau nhằm so sánh các kết quả thực nghiệm.

- Tỉ lệ trộn các vật liệu nhựa:

Bảng 3.1: Tỉ lệ nhựa khi ép phun và thử xoắn

ABS ABS + TPU PA6 (0 – 30%) GF

85% ABS + 15% TPU PA6 (7.5%) GF 80% ABS + 20% TPU PA6 (15%) GF 75% ABS + 25% TPU PA6 (22.5%) GF 70% ABS + 30% TPU PA6 (30%) GF

- Cơ sở chọn tỉ lệ nhựa:

Nhựa ABS và TPU có thể được trộn với nhau, nhưng tỉ lệ TPU không nên vượt quá 50% Trong quá trình thử nghiệm, khi trộn 60% nhựa ABS với 40% nhựa TPU, các mẫu ép phun gặp phải tình trạng đứt gãy và biến dạng Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, nhóm nghiên cứu đã quyết định giới hạn tỉ lệ trộn TPU tối đa ở mức 30% và điều chỉnh các tỉ lệ còn lại dựa trên tài liệu tham khảo.

+ Nhựa PA6 (0 – 30%) GF: Dựa trên cơ sở sử dụng lại tỉ lệ trộn từ các đề tài nghiên cứu trước đó [2]

Dựa trên các cơ sở đã nghiên cứu, nhóm đã phân chia các tỷ lệ trộn nhựa thành 5 mức khác nhau để tiến hành thí nghiệm và so sánh kết quả Kết quả thu được đã xác định được tỷ lệ trộn nhựa như được trình bày trong bảng 3.

Thông số ép phun

Trước khi tiến hành ép phun, việc điều chỉnh các thông số là rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thử xoắn Cụ thể, các thông số cần được tối ưu hóa trong quá trình ép phun bao gồm nhiệt độ, áp suất và thời gian.

- Nhiệt độ sấy và thời gian sấy nhựa:

+ Nhựa ABS và TPU: sấy ở nhiệt độ 80˚C - 90˚C trong thời gian từ 2 – 4 giờ + Nhựa PA6: sấy ở nhiệt độ 120˚C trong thời gian 6 – 8 giờ

- Áp suất phun: là áp suất tại vòi phun của máy ép đi vào khuôn

+ Nhựa ABS và TPU: nhiệt độ khuôn 40˚C - 60˚C

+ Nhựa PA6: nhiệt độ khuôn 80˚C - 100˚C

- Tốc độ phun: trong khoảng 75 – 90 mm/s

- Nhiệt độ nóng chảy của nhựa:

+ Nhựa ABS và TPU: nhiệt độ khuôn 240˚C - 248˚C

+ Nhựa PA6: nhiệt độ khuôn 270˚C - 278˚C

- Áp suất phun: nhựa ABS, TPU, PA6: 75 – 79 MPa

- Áp suất bão hòa: khi ép phun với nhựa ABS, TPU, PA6: 70 – 74 MPa

- Thời gian bão hòa khi ép phun với nhựa ABS, TPU, PA6: 1 – 3 giây

Bảng 3.2: Thông số ép phun của nhựa ABS và ABS trộn TPU

TH Tmelt (˚C) Tmold (˚C) Pinj (MPa) Phold (MPa) thold (s)

Bảng 3.3: Thông số ép phun của nhựa PA6 (0 – 30) %GF

TH Tmelt (˚C) Tmold (˚C) Pinj (MPa) Phold (MPa) thold (s) %GF

Thông số hình học của 4 mô hình

Hình 3.1: Thông số hình học mô hình số 1

Mô hình thử xoắn 1 Đồ gá

Mô hình thử xoắn 2 Đồ gá Mô hình thử xoắn 2

Mô hình thử xoắn 3 Đồ gá Mô hình thử xoắn 3

Tiến hành thí nghiệm

100% ABS 90% ABS + 10% TPU 85% ABS + 15% TPU 80% ABS + 20% TPU 75% ABS + 25% TPU 70% ABS + 30% TPU

Hình 3.9: Quy trình thí nghiệm nhựa ABS trộn nhựa TPU

PA6 0% GF PA6 7.5% GF PA6 15% GF PA6 22.5% GF PA6 30% GF

Hình 3.10: Quy trình thí nghiệm nhựa PA6(0 – 30) %GF

3.4.1 Quy trình ép phun để tạo ra các mô hình thử xoắn

Máy ép nhựa Haitian MA 1200 III được sử dụng để thực hiện quá trình ép phun các mô hình thử xoắn, như thể hiện trong hình 3.11.

Hình 3.11: Máy ép nhựa Haitian MA 1200 III Các công thức tính liên quan đến ép phun [1]:

: tốc độ tức thời (cm/s)

Q: tốc độ ép (cm 3 /s) r: bán kính cổng phun (cm)

- Tính thời gian ép: te = V

Q Trong đó: te: thời gian ép phun (s)

V: thể tích sản phẩm (cm 3 )

- Tính thời gian giữ nhiệt: tg = 0,1729 r 2 aeff ln (1,6023 Tchay - Tkhuon

Tg: thời gian giữ nhiệt (s) r: bán kính cổng phun (mm) aeff: khoảng cách vòi phun (mm)

Tchay: nhiệt độ nóng chảy vật liệu (˚C)

- Tính thời gian làm nguội chi tiết: tct = S 2 π 2 aeff ln( 4 π

Tra - Tkhuon ) Trong đó: tct: thời gian làm nguội chi tiết (s)

S: đường kính cổng phun (mm)

Trong quá trình ép phun, các thông số ép của từng tỉ lệ nhựa được điều chỉnh phù hợp với từng trường hợp cụ thể Thông tin chi tiết về các thông số này được trình bày trong bảng 4 và bảng 5, dựa trên hướng dẫn của giảng viên cùng với nghiên cứu kỹ thuật cho từng loại nhựa và thử nghiệm trên máy ép nhựa.

- Quy trình ép các mô hình test xoắn:

+ Bước 1: Chuẩn bị vật liệu nhựa sau đó sấy nhựa để nhựa được ráo, không còn ẩm tránh hiện tượng tách lớp khi bắt đầu ép phun

Núm điều chỉnh nhiệt độ

Để chuẩn bị ép, sau khi sấy hạt nhựa, bạn hãy cho chúng vào phễu chứa nhựa và bật máy gia nhiệt nước Tiếp theo, hãy cài đặt các thông số theo bảng số liệu đã có.

Nút thiết lập cài đặt

Nút tăng giảm nhiệt độ Nút nguồn

Hình 3.13: Máy gia nhiệt nước và bảng điều khiển

Nhiệt độ trong khoan chứa nhựa

Hình 3.14: Bảng thông số tổng quát của máy ép phun

Thời gian bão hòa Áp suất bão hòa Tốc độ phun Áp suất phun

Bảng thông số ép phun trên máy ép (Hình 3.15) hướng dẫn quy trình lắp đặt khuôn Bước 3 yêu cầu di chuyển cánh tay robot đến vị trí Max Y để tạo không gian cho việc gá khuôn Sau khi khuôn đã được gá lên máy ép, bước 4 là đưa cánh tay robot trở về gốc tọa độ.

+ Bước 5: Bắt đầu ép phun sau khi các thống số gia nhiệt nước, nhiệt nóng chảy nhựa đạt yêu cầu

Các mô hình thử xoắn được điền đầy, không có trường hợp xuất hiện ba via, cong vênh khi ép phun với các thông số ép đã lập ra

Mô hình thử xoắn số 1

Hình 3.16: Mô hình thiết kế 3D

Hình 3.17: Sản phẩm sau khi được ép phun

Hình 3.18: Bộ mô hình dùng để thử xoắn

Giới thiệu về sensor

Moment xoắn là khái niệm quan trọng trong cơ học, mô tả hiện tượng lực xoắn tác động lên một vật thể, gây ra sự xoắn quanh trục theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại Để tính toán moment xoắn, ta nhân lực xoắn với khoảng cách từ trục quay đến điểm mà lực được áp dụng.

Cảm biến moment xoắn là thiết bị chuyên dụng dùng để đo lường moment xoắn, chuyển đổi tín hiệu cơ học thành tín hiệu điện Thiết bị này rất quan trọng trong việc theo dõi và kiểm soát moment xoắn áp dụng lên các cơ cấu hoặc thiết bị.

Cảm biến moment xoắn thường sử dụng công nghệ cảm biến cực quay hoặc cảm biến từ để chuyển đổi moment xoắn thành tín hiệu điện, giúp đọc và xử lý bởi các thiết bị đo lường hoặc điều khiển Điều này cho phép giám sát và điều chỉnh hoạt động của hệ thống một cách hiệu quả.

- Độ chính xác cao: Cảm biến moment xoắn có khả năng đo lường chính xác moment xoắn, giúp cải thiện độ chính xác và hiệu suất của hệ thống

Độ tin cậy cao của thiết bị cho phép hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt và các điều kiện hoạt động đa dạng, từ đó đảm bảo chính xác trong việc đo lường moment xoắn.

Cảm biến moment xoắn mang lại độ linh hoạt cao trong thiết kế, cho phép tích hợp vào các hệ thống phức tạp mà không gây cản trở lớn hay làm thay đổi cấu trúc của chúng.

- Đáp ứng nhanh: Chúng có thể cung cấp độ phản ứng nhanh chóng với thay đổi trong moment xoắn, giúp hệ thống phản ứng linh hoạt và hiệu quả

Cảm biến moment xoắn được thiết kế với tính năng dễ dàng sử dụng và lắp đặt, cho phép tích hợp vào hệ thống mà không cần nhiều thay đổi hoặc cải tiến.

Cảm biến moment xoắn giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống, giảm hao mòn, kéo dài tuổi thọ thiết bị và tiết kiệm chi phí bảo trì, sửa chữa.

Hình 3.19: Cảm biến moment xoắn trên máy thử xoắn

Phần mềm đo moment xoắn TIA PORTAL

TIA Portal là phần mềm tích hợp cho quản lý tự động hóa và vận hành điện trong hệ thống Nó được coi là phần mềm tự động hóa đầu tiên sử dụng một môi trường và nền tảng chung để thực hiện các tác vụ và điều khiển hệ thống.

Hình 3.20: Phần mềm TIA PORTAL

TIA Portal, được phát triển bởi Siemens vào năm 1996, cho phép người dùng nhanh chóng phát triển và viết phần mềm quản lý riêng lẻ trên một nền tảng thống nhất Giải pháp này giúp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt, tạo ra hệ thống đồng bộ và hiệu quả.

TIA Portal là phần mềm tích hợp tự động toàn diện, đóng vai trò là nền tảng cho tất cả các phần mềm khác trong việc phát triển lập trình và cấu hình thiết bị Với TIA Portal, người dùng có thể dễ dàng thực hiện việc lập trình và tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm, mang lại hiệu quả và sự tiện lợi trong quá trình phát triển hệ thống tự động hóa.

27 phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành [8]

Góc xoắn thực tế khi thử xoắn

Góc xoắn được thiết lập

Hình 3.21: Giao diện điều khiển máy thử xoắn trên TIA

Mô hình máy thử xoắn

Máy thử xoắn là thiết bị quan trọng để tiến hành thí nghiệm và thu thập kết quả về độ bền xoắn đứt và xoắn mỏi của các vật liệu nhựa như PP, ABS, TPU, PA6 Được thiết kế và chế tạo bởi nhóm khóa trước, máy thử xoắn cung cấp cái nhìn tổng quan về khả năng chịu lực của các loại nhựa này Hình ảnh thực tế của máy được thể hiện ở hình 3.22.

Tay quay Trục quay Encoder Mâm cặp

Motor Hộp giảm tốc Khung máy Đồ gá mô hình Cảm biến

Hình 3.22: Mô hình máy thử xoắn

- Chi tiết và công dụng các bộ phận máy thử xoắn:

Động cơ điện là thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, cho phép tạo ra chuyển động tương tự như động cơ đốt trong.

Thông số động cơ điện

Hình 3.23: Động cơ điện trên máy thử xoắn

+ Bộ truyền động đai và hộp giảm tốc: giúp thay đổi tỉ số truyền từ động cơ đến trục

Hình 3.24: Hộp giảm tốc trên máy thử xoắn

Buley răng truyền động Dây đai

Hình 3.25: Hệ thống bộ truyền động đai

Bộ mã hóa quay, hay còn gọi là thiết bị encoder, là một thiết bị cơ điện quan trọng được sử dụng để đo lường và ghi nhận số lần quay cũng như vị trí quay của trục.

Hình 3.26: Thiết bị encoder trên máy test xoắn + Mâm cặp: Dùng để cố định cảm biến và đồ gá mô hình thử xoắn

Hình 3.27: Mâm cặp trên máy thử xoắn

Mô hình máy thử xoắn

Máy tính kết nối với thiết bị điều khiển

Các thiết bị điều khiển

Hình 3.28: Kết nối với máy thử xoắn

Quy trình thí nghiệm

- Bước 1: Lắp các mô hình thử xoắn vào đồ gá được cố định bằng các bulong

Hình 3.29: Gá đặt mô hình thử xoắn 1

- Bước 2: Gá các mô hình thử xoắn lên trên máy thử xoắn được định vị bằng mâm cặp

Mâm cặp cố định đồ gá

Mâm cặp cố định cảm biến Đồ gá

Hình 3.33: Đồ gá được định vỉ trên mâm cặp của máy thử xoắn

- Bước 3: Kết nối máy thử xoắn với máy tính thông qua thiết bị điều khiển

Thiết bị điều khiển PLC

Hình 3.34: Thiết bị điều khiển

- Bước 4: Vận hành máy thử xoắn trên phầm mêm TIA Portal

Công thức mối quan hệ giữa moment xoắn và góc xoắn

G: Mô đun cắt (đặc tính của vật liệu) (GPa)

PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ

Kiểm tra độ chính xác lặp lại của máy

Trước khi tiến hành thí nghiệm các mô hình thử xoắn, nhóm nghiên cứu đã thực hiện ba lần thử xoắn với mẫu vật liệu nhựa PP sử dụng cùng một mô hình và bộ thông số ép phun Mục đích là để đánh giá sự ổn định của liệu đầu ra từ máy thử xoắn.

Hình 4.1: Kết quả thông số đầu ra với vật liệu nhựa PP

Kết quả từ ba lần thử xoắn cho thấy máy thử xoắn hoạt động ổn định, với các dữ liệu thu được có sự tương đồng cao Điều này cho phép nhóm kết luận rằng máy đang hoạt động bình thường và sẽ cung cấp các kết quả với độ sai lệch không đáng kể.

Hình 4.2: Mô hình thử xoắn 1

TH Tmelt Tmold Pinj Phold thold

Hình 4.3: Biểu đồ thử xoắn trường hợp 2

Bảng 4.1: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với vật liệu 100% ABS

Signal-to-noise: Larger is better

Main effects Plot for SN ratios

Hình 4.4: Biểu đồ Taguchi thể hiện thông số tối ưu cho đẳng moment

Hình 4.5: Biểu đồ Taguchi thể hiện thông số tối ưu cho giá trị moment xoắn

- Với tỉ lệ 100% ABS dùng để ép phun, giá trị đẳng moment dao động trong khoảng 0.6 - 0.7 (N.m) Đẳng moment dao động trong khoảng 7 - 18 (độ)

- Qua hình 4.4 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạt được đẳng moment dài nhất là: Tmelt = 246˚C, Tmold = 50˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 71 MPa, thold = 2 s

- Qua hình 4.5 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạt giá trị moment xoắn lớn nhất là: Tmelt = 244˚C, Tmold = 60˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 72 MPa, thold = 2.5 s

4.2.2 Tỉ lệ nhựa 90% ABS trộn 10% TPU

M ome nt xoắ n ( N m ) Đẳng Moment

Bảng 4.2: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với vật liệu 90% ABS trộn 10% TPU

- Với tỉ lệ 90% ABS trộn 10% TPU, giá trị dao động trong khoảng 0.57 - 0.66 (N.m) Đẳng moment dao động trong khoảng 6 - 15 (độ)

- Qua hình 4.8 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạt đẳng moment dài nhất là: Tmelt = 244˚C, Tmold = 45˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 73 MPa, thold = 1.5 s

Để đạt được giá trị moment xoắn cao nhất trong quá trình ép phun, các thông số tối ưu được chọn theo hình 4.9 bao gồm: nhiệt độ nóng chảy Tmelt = 244˚C, nhiệt độ khuôn Tmold = 60˚C, áp suất tiêm Pinj = 78 MPa, áp suất giữ Phold = 70 MPa và thời gian giữ thold = 2 giây.

M ome nt xo ắn ( N m) Đẳng Moment

Moment xoắn (N.m) Đẳng moment (độ)

- Với tỉ lệ 85% ABS trộn 15% TPU dùng để ép phun, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.55 - 0.7 (N.m) Đẳng moment dao động trong khoảng 5 - 15 (độ)

- Qua hình 4.12 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạt đẳng moment dài nhất là: Tmelt = 248˚C, Tmold = 45˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 74 MPa, thold = 1 s

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu được chọn là: Tmelt = 246˚C, Tmold = 60˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 70 MPa, và thold = 2 s.

- Với tỉ lệ 80% ABS trộn 20% TPU dùng để ép phun, giá moment xoắn dao động trong khoảng 0.56 - 0.75 (N.m) Đẳng moment dao động trong khoảng 5 - 18 (độ)

- Qua hình 4.17 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạt giá trị moment xoắn lớn nhất là: Tmelt = 248˚C, Tmold = 40˚C, Pinj = 77 MPa, Phold = 74 MPa, thold = 2.5 s

M om en t x oắ n (N m ) Đẳng Moment

- Qua hình 4.20 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạt được đẳng moment dài nhất là: Tmelt = 244˚C, Tmold P˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 71 MPa, thold = 1 s

Để đạt được giá trị mô-men xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu được xác định qua hình 4.21 là: Tmelt = 246˚C, Tmold = 45˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 74 MPa và thold = 1 giây.

Để đạt được giá trị mô-men xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun, thông số tối ưu được xác định qua hình 4.25 là: Tmelt = 242˚C, Tmold = 40˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 72 MPa và thold = 2.5 s.

4.2.7 Tỉ lệ nhựa PA6 (0-30%) GF

TH Tmelt Tmold Pinj Phold thold % GF

Hình 4.26: Biểu đồ thử xoắn trường hợp 1 với 0% GF

M om ent xoắ n ( N.m) Đẳng Moment

Hình 4.27: Biểu đồ thử xoắn trường hợp 14 với 7.5% GF

Bảng 4.7: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với vật liệu nhựa PA6(0 - 30%) GF

(MPa) thold (s) %GF Moment xoắn

- Với tỉ lệ PA6 (0 - 30%) GF dùng để ép phun, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.47 - 0.67 (N.m) Đẳng moment dao động trong khoảng 10 - 20 (độ)

Để đạt được đẳng moment dài nhất, thông số ép phun tối ưu được xác định từ hình 4.31 bao gồm: Tmelt = 274˚C, Tmold = 90˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 73 MPa, thold = 2 s và tỷ lệ nhựa = 0%.

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun, các thông số tối ưu cần được thiết lập như sau: nhiệt độ chảy nhựa Tmelt là 272˚C, nhiệt độ khuôn Tmold là 95˚C, áp lực tiêm Pinj đạt 78 MPa, áp lực giữ Phold là 70 MPa, thời gian giữ thold là 3 giây, và tỷ lệ nhựa cần được xác định.

Mẫu thử xoắn 2 Đồ gá Mẫu thử xoắn 2

Hình 4.33: Mô hình thử xoắn 2

Bảng 4.8: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với vật liệu 100% ABS

- Với tỉ lệ 100% ABS dùng để ép phun, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.52

- 0.69 (N.m) Đẳng moment dao động trong khoảng 5 - 15 (độ)

Để đạt được giá trị mô-men xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu nhất theo hình 4.38 là: Tmelt = 244˚C, Tmold = 50˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 72 MPa, và thold = 3 giây.

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun, thông số tối ưu được lựa chọn là: Tmelt = 248˚C, Tmold = 55˚C, Pinj = 77 MPa, Phold = 71 MPa và thold = 3 giây.

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun, thông số tối ưu được xác định từ hình 4.46 là: Tmelt = 242˚C, Tmold = 40˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 74 MPa và thold = 2.0 s.

- Với tỉ lệ 80% ABS trộ 20% TPU dùng để ép phun, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.53 - 0.72 (N.m) Đẳng moment dao động trong khoảng 5 - 16 (độ)

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun với hình 4.50, các thông số tối ưu cần được thiết lập là: Tmelt = 244˚C, Tmold = 50˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 71 MPa, và thold = 1 giây.

M om ent x oắn (N m ) Đẳng Moment

- Với tỉ lệ 75% ABS trộn 25% TPU dùng để ép phun, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.3 - 0.7 (N.m) Đẳng moment dao động trong khoảng 5 -20 (độ)

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu được xác định qua hình 4.54 bao gồm: Tmelt = 246˚C, Tmold = 40˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 73 MPa và thold = 2.5 s.

M ome nt xo ắn ( N m) Đẳng Moment

- Qua hình 4.57 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạ đẳng moment dài nhất là: Tmelt = 242˚C, Tmold = 40˚C, Pinj = 79 MPa, Phold = 74 MPa, thold = 3 s

Để đạt giá trị moment xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun, các thông số tối ưu cần thiết là: Tmelt = 240˚C, Tmold = 45˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 72 MPa, và thold = 1.5 s.

4.3.7 Tỉ lệ nhựa PA6 (0-30%) GF

Bảng 4.14: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với vật liệu nhựa PA6(0 – 30%) GF

- Với tỉ lệ PA6 (0 - 30%) GF dùng để ép phun, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.22 - 0.68 (N.m) Đẳng moment dao động trong khoảng 10 - 23 (độ)

Để đạt được thông số ép phun tối ưu nhất cho đẳng moment dài nhất, qua hình 4.64, các thông số cần thiết là: Tmelt = 274˚C, Tmold = 80˚C, Pinj = 77 MPa, Phold = 73 MPa, thold = 2.5 s, và tỉ lệ nhựa = 0% GF.

Để đạt được giá trị mô men xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu được chọn theo hình 4.65 là: Tmelt = 272˚C, Tmold = 95˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 71 MPa, thold = 1 s, và tỉ lệ nhựa.

Hình 4.66: Mô hình thử xoắn số 3

Sau khi tiến hành thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép theo bảng 3.2, chúng tôi đã lựa chọn một số biểu đồ có đường đẳng mô men ổn định nhất.

Hình 4.67: Biểu đồ thử xoắn trường hợp số 18

Bảng 4.15: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với tỉ lệ 100% ABS

Hình 4.68: Biểu đồ Taguchi thể hiện thông số ép phun để tối ưu giá trị moment xoắn

Hình 4.69: Biểu đồ Taguchi thể hiện thông số ép phun để tối ưu hóa đẳng moment

- Với tỉ lệ 100% ABS, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.6 - 0.63 (N.m) với đẳng moment kéo dài trong khoảng 9 - 12 (độ)

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu nhất theo hình 4.69 là: Tmelt = 244˚C, Tmold = 55˚C, Pinj = 79 MPa, Phold = 71 MPa, thold = 2.5 s.

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép theo bảng 3.2, chúng tôi đã xác định được một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

Bảng 4.16: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với tỉ lệ 90% ABS trộn 10% TPU

- Với tỉ lệ 90% ABS trộn 10% TPU, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.58 - 0.61 (N.m) với đẳng moment kéo dài trong khoảng 7 - 14 (độ)

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun, thông số tối ưu cần được chọn là: Tmelt = 242˚C, Tmold = 50˚C, Pinj = 77 MPa, Phold = 74 MPa và thold = 2.5 s.

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép tương ứng theo bảng 3.2, chúng tôi đã chọn ra một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

Hình 4.75: Hình: Biểu đồ thử xoắn trường hợp số 22

- Với tỉ lệ 85% ABS trộn 15% TPU, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.55 - 0.68 (N.m) với đẳng moment kéo dài trong khoảng 9 - 15 (độ)

- Qua hình 4.77 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạt giá trị moment xoắn lớn nhất là: Tmelt = 246˚C, Tmold = 55˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 73 MPa, thold =3 s

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép tương ứng theo bảng 3.2, chúng tôi đã xác định được một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

- Với tỉ lệ 80% ABS trộn 20% TPU, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.55 - 0.65 (N.m) với đẳng moment kéo dài trong khoảng 8 – 18 (độ)

Để đạt được giá trị mô-men xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun theo hình 4.81, các thông số tối ưu cần thiết là: nhiệt độ nóng chảy Tmelt = 242˚C, nhiệt độ khuôn Tmold = 50˚C, áp suất tiêm Pinj = 79 MPa, áp suất giữ Phold = 72 MPa, và thời gian giữ thold = 2 giây.

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép tương ứng trong bảng 3.2, chúng tôi đã xác định được một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

- Với tỉ lệ 75% ABS trộn 25% TPU, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.36 - 0.63 (N.m) với góc đẳng moment kéo dài trong khoảng 8 – 16 (độ)

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất với hình 4.85, thông số ép phun tối ưu được xác định là: Tmelt = 248˚C, Tmold = 50˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 74 MPa, và thold = 3 giây.

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép tương ứng theo bảng 3.2, chúng tôi đã lựa chọn một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

- Với tỉ lệ 70% ABS trộn 30% TPU, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.24 - 0.60 (N.m) với góc đẳng moment kéo dài trong khoảng 7 – 10 (độ)

Để đạt được giá trị mô men xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun với hình 4.89, các thông số tối ưu cần được thiết lập là: nhiệt độ nóng chảy Tmelt = 244˚C, nhiệt độ khuôn Tmold = 50˚C, áp suất tiêm Pinj = 78 MPa, áp suất giữ Phold = 73 MPa, và thời gian giữ thold = 2 giây.

4.4.7 Tỉ lệ nhựa PA6 (0 – 30%) GF

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép tương ứng theo bảng 3.3, chúng tôi đã lựa chọn một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất Điều này cho phép so sánh hiệu quả của việc trộn 0 – 30% GF với nhựa PA6.

TH Tmelt Tmold Pinj Phold thold %GF

Hình 4.90: Biểu đồ thử xoắn trường hợp số 1 với 0%GF

Hình 4.91: Biểu đồ thử xoắn trường hợp số 14 với 7.5%GF

Hình 4.93: Biểu đồ thử xoắn trường hợp số 11 với 22.5%GF

Bảng 4.21: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với vật liệu nhựa PA6 (0 – 30%) GF

- Với tỉ lệ PA6 (0 – 30%) GF, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.5 - 0.64 (N.m) với đẳng moment kéo dài trong khoảng 10 -19 (độ)

Để đạt được đẳng moment dài nhất trong quá trình ép phun với hình 4.95, các thông số tối ưu cần được thiết lập là: Tmelt = 278˚C, Tmold = 80˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 74 MPa, thold = 2.5 giây, và tỉ lệ nhựa 7.5% GF.

Để đạt giá trị moment xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun với hình 4.96, các thông số tối ưu cần được thiết lập là: Tmelt = 276˚C, Tmold = 95˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 70 MPa, thold = 1 s, và tỉ lệ nhựa = 30% GF.

Hình 4.97: Chiều xoắn của mô hình thử xoắn số 4

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với thông số ép theo bảng 3.2, chúng tôi đã lựa chọn một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

Bảng 4.22: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với tỉ lệ 100% nhựa ABS

- Với tỉ lệ nhựa 100% ABS, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.59 - 0.65 (N.m) với đẳng moment kéo dài trong khoảng 11 - 31 (độ)

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu nhất qua hình 4.100 được xác định là Tmelt = 242˚C, Tmold = 40˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 71 MPa, thold.

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép theo bảng 3.2, chúng tôi đã xác định được một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

- Với vật liệu 90% ABS trộn 10% TPU, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.52

- 0.60 (N.m) với đẳng moment kéo dài trong khoảng 18 - 34 (độ)

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất trong quá trình ép phun với hình 4.104, các thông số tối ưu cần được thiết lập là: Tmelt = 244˚C, Tmold = 50˚C, Pinj = 79 MPa, Phold = 72 MPa và thold = 2 s.

Sau khi thực hiện thử nghiệm với 25 trường hợp theo thông số ép được nêu trong bảng 3.2, chúng tôi đã xác định được một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

TH Tmelt Tmold Pinj Pholdt hold

- Qua hình 4.107 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạt đẳng moment dài nhất là: Tmelt = 240 ˚C, Tmold = 50 ˚C, Pinj = 79 MPa, Phold = 71 MPa, thold = 2.5 s

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu nhất theo hình 4.108 là: Tmelt = 240˚C, Tmold = 60˚C, Pinj = 79 MPa, Phold = 71 MPa và thold = 3 s.

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép tương ứng theo bảng 3.2, chúng tôi đã chọn ra một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

- Với vật liệu 80% ABS trộn 20% TPU, giá trị Moment xoắn (N.m) dao động trong khoảng 0.55 - 0.62 (N.m) với đẳng moment kéo dài trong khoảng 18 - 32 (độ)

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu cho hình 4.112 được xác định là: Tmelt = 242˚C, Tmold = 55˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 71 MPa, thold.

Sau khi tiến hành thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép tương ứng theo bảng 3.2, chúng tôi đã lựa chọn một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất, các thông số ép phun tối ưu từ hình 4.116 được xác định là: Tmelt = 248˚C, Tmold = 60˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 71 MPa và thold = 3 giây.

Sau khi thử nghiệm 25 trường hợp với các thông số ép tương ứng theo bảng 3.2, chúng tôi đã xác định được một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất.

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu nhất từ hình 4.120 là: Tmelt = 244˚C, Tmold = 40˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 72 MPa và thold = 1 s.

4.5.7 Tỉ lệ nhựa PA6 (0 – 30%) GF

Sau khi thực hiện 25 lần thử nghiệm với các thông số ép theo bảng 3.3, chúng tôi đã lựa chọn một số biểu đồ có đường đẳng moment ổn định nhất Những biểu đồ này sẽ được sử dụng để so sánh hiệu quả của việc trộn 0 – 30% GF với nhựa PA6.

Hình 4.121: Biểu đồ thử xoắn trường hợp số 7 với 0% GF

Hình 4.122: Biểu đồ thử xoắn trường hợp số 14 với 7.5% GF

Hình 4.124: Biểu đồ thử xoắn trường hợp số 11 với 22.5% GF

Bảng 4.28: Kết quả thử xoắn 25 trường hợp với vật liệu nhựa PA6 (0 – 30%) GF

- Với vật liệu nhựa PA6 (0 – 30%) GF, giá trị moment xoắn dao động trong khoảng 0.5

- Qua hình 4.126 có thể chọn được thông số ép phun tối ưu nhất để đạt được đẳng moment dài nhất là: Tmelt = 278˚C, Tmold = 85˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 71 MPa, thold = 2s, 7.5% GF

Để đạt được giá trị moment xoắn lớn nhất, thông số ép phun tối ưu nhất theo hình 4.127 được xác định là: Tmelt = 272˚C, Tmold = 95˚C, Pinj = 79 MPa, Phold = 70 MPa, thold = 1.5s, và 30% GF.

Bảng 4.29: Tổng hợp kết quả thử xoắn của vật liệu nhựa ABS trộn TPU

Mô hình Tỉ lệ nhựa Giới hạn đứt (N.m) Đẳng moment (độ)

Bảng 4.30: Bảng tổng hợp tối ưu thông số ép phun cho giá trị moment xoắn

Mô hình thử xoắn Tỉ lệ nhựa Thông số ép phun

100% ABS Tmelt = 244˚C, Tmold = 60˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 72 MPa, thold = 2.5 s

90% ABS + 10% TPU Tmelt = 244 ˚C, Tmold = 60˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 70 MPa, thold = 2 s

85% ABS + 15% TPU Tmelt = 246˚C, Tmold = 60˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 70 MPa, thold = 2 s

80% ABS + 20% TPU Tmelt = 248˚C, Tmold = 40˚C, Pinj = 77 MPa, Phold = 74 MPa, thold = 2.5 s

70% ABS + 30% TPU Tmelt = 242˚C, Tmold= 40˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 72 MPa, thold = 2.5 s

100% ABS Tmelt = 244˚C, Tmold = 50˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 72 MPa, thold = 3 s

100% ABS Tmelt = 244 ˚C, Tmold = 55˚C, Pinj = 79 MPa, Phold = 71 MPa, thold = 2.5 s

90% ABS + 10% TPU Tmelt = 242˚C, Tmold= 50˚C, Pinj = 77 MPa, Phold = 74 MPa, thold = 2.5 s 85% ABS + 15% TPU Tmelt = 246˚C, Tmold = 55˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 73 MPa, thold = 3 s

80% ABS + 20% TPU Tmelt = 242˚C, Tmold = 50˚C, Pinj = 79 MPa, Phold = 72, thold =2 s

100% ABS Tmelt = 242˚C, Tmold = 40˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 71, thold =2.5 s

80% ABS + 20% TPU Tmelt = 242˚C, Tmold = 55˚C, Pinj = 78 MPa, Phold = 71, thold =2.5 s

Bảng 4.31: Bảng tổng hợp tối ưu thông số ép phun cho khoảng góc xoắn

Mô hình thử xoắn Tỉ lệ nhựa Thông số ép phun

75% ABS + 25% TPU Tmelt = 244˚C, Tmold P˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 71 MPa, thold = 1 s

90% ABS + 10% TPU Tmelt = 240˚C, Tmold = 55˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 74 MPa, thold = 2.5 s 85% ABS + 15% TPU Tmelt = 248˚C, Tmold = 50˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 73 MPa, thold = 3 s

75% ABS + 25% TPU Tmelt = 242˚C, Tmold = 60˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 72 MPa, thold = 3 s 70% ABS + 30% TPU Tmelt = 244˚C, Tmold = 45˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 70 MPa, thold = 1 s

Bảng 4.32: Tổng hợp kết quả thử xoắn của vật liệu nhựa PA6 (0 – 30%) GF

Mô hình thử xoắn Tỉ lệ nhựa Giới hạn đứt (N.m) Đẳng moment (độ)

Bảng 4.33: Bảng tổng hợp tối ưu thông sô ép phun cho giá trị đẳng moment và khoảng góc xoắn vật liệu nhựa PA6 (0-30%) GF

MPa, Phold = 70 MPa, thold = 3 s, tỉ lệ nhựa

Tmelt = 274˚C, Tmold = 90˚C, Pinj = 75 MPa, Phold = 73 MPa, thold = 2 s, tỉ lệ nhựa

Tmelt = 274˚C, Tmold = 80˚C, Pinj = 77 MPa, Phold = 73 MPa, thold = 2.5 s, tỉ lệ nhựa = 0% GF

Tmelt = 278˚C, Tmold = 80˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 74 MPa, thold = s 2.5, tỉ lệ nhựa = 7.5% GF

MPa, Phold = 70 MPa, thold = 1.5 s, tỉ lệ nhựa = 30% GF

Tmelt = 278˚C, Tmold = 85˚C, Pinj = 76 MPa, Phold = 71 MPa, thold = 2 s, tỉ lệ nhựa

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận

Kết quả phân tích cho thấy, khi trộn nhựa ABS với nhựa TPU, tỉ lệ nhựa TPU tăng lên dẫn đến sự thay đổi khác nhau về giới hạn đứt, với xu hướng giảm dần ở cả 4 mô hình thử xoắn Đặc biệt, mô hình thử xoắn số 1 và số 2 cho thấy sự giảm đáng kể trong đẳng mô men.

4 các kết quả với các tỉ lệ trộn TPU không có sự thay đổi quá lớn nhưng ở mô hình thử xoắn số

Tiêu đề	Khảo Sát Cơ Cấu Đẳng Moment Khi Chế Tạo Bằng Phương Pháp Phun Ép Nhựa
Tác giả	Trương Đình Vĩ, Trần Đắc Luân, Đỗ Hiển Vinh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Lê Đăng Hải
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	161
Dung lượng	6,11 MB

Khảo sát cơ cấu đẳng moment khi chế tạo bằng phương pháp phun ép nhựa

TỔNG QUAN

Tổng quan hướng nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Nhiệm vụ nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Các ký hiệu trong thuyết minh

CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Cơ cấu về đẳng moment

Vật liệu nhựa

Lí do chọn vật liệu nhựa ABS, TPU, PA6 để thí nghiệm

PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM

Mô hình sản phẩm

Thông số ép phun

Thông số hình học của 4 mô hình

Tiến hành thí nghiệm

Giới thiệu về sensor

Phần mềm đo moment xoắn TIA PORTAL

Mô hình máy thử xoắn

Quy trình thí nghiệm

Công thức mối quan hệ giữa moment xoắn và góc xoắn

PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ

Kiểm tra độ chính xác lặp lại của máy

Mô hình thử xoắn số 1

Mô hình thử xoắn số 2

Mô hình thử xoắn số 3

Mô hình thử xoắn số 4