Ứng dụng AI trong dự đoán độ bền uốn của mẫu thử khi chế tạo bằng phương pháp phun ép nhựa với khuôn có dùng cooling layer

Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Tài liệu về ứng dụng AI trong phân tích dữ liệu - Tài liệu về công nghệ phun ép nhựa - Tài liệu về mô phỏng phân bố nhiệt của khuôn phun ép nhựa - Kích

GIỚI THIỆU

Đặt vấn đề

Chương 4: Tổng quan về mẫu thử độ bền uốn và phương án thiết kế khuôn

Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả

5.1 Thực nghiệm quá trình chụp ảnh phân bố nhiệt của lòng khuôn

5.2 Quá trình thử khuôn trước khi ép hàng loạt mẫu dùng cho thí nghiệm

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

2 Phạm Văn Hiếu 20144392 Chương 1: Giới thiệu

1.4 Mục tiêu nghiên cứu 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả

5.3 Quy trình chế tạo mẫu dùng cho thử nghiệm uốn 5.4 Thử nghiệm độ bền uốn

5.5 Kết quả thử nghiệm mẫu tối ưu của phương pháp Taguchi

3 Văn Tấn Hiển 20144497 Chương 1: Giới thiệu

1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Kết cấu đồ án tốt nghiệp

Chương 3: Cơ sở lý thuyết Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả

5.6 Ứng dụng mô hình tính toán ANN để dự đoán độ bền uốn

5.7 Kết hợp mô hình tính toán ANN với GA 5.8 So sánh kết quả dự đoán giữa trường hợp tối ưu của Taguchi và trường hợp tối ưu của ANN – GA

Tính cấp thiết của đề tài

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Mục tiêu nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Tổng quan về quá trình phun ép nhựa

2.1.1 Khái niệm Ép nhựa là một quy trình sản xuất nhằm chế tạo ra các sản phẩm nhựa phục vụ cho nhu cầu của con người Quá trình ép nhựa sử dụng nhiệt độ và áp lực để nhựa chảy vào lòng khuôn được thiết kế trước đó, các sản phẩm nhựa sẽ có hình dạng và kích thước cố định theo yêu cầu

Quá trình ép nhựa được thực hiện trong các máy chuyên dụng, yêu cầu kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, áp lực và thời gian để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Sản phẩm nhựa ngày nay được sử dụng rộng rãi trong hầu hết mọi lĩnh vực của cuộc sống

Các sản phẩm nhựa hiện nay bao gồm đa dạng các lĩnh vực như đồ chơi, đồ gia dụng, bao bì, dược phẩm, y tế, phụ tùng ô tô và các bộ phận máy móc công nghiệp Nhờ vào công nghệ tiên tiến và quy trình sản xuất tối ưu, các nhà sản xuất có khả năng cung cấp những sản phẩm nhựa với độ chính xác cao, độ bền tốt và giá cả hợp lý.

2.1.2 Cấu tạo của máy ép nhựa

Cấu tạo của máy ép nhựa gồm các bộ phận chính như: Phễu vật liệu, thùng chứa, trục vít, bộ phận gia nhiệt, đầu phun và khuôn

Heati ng Devi ce Nozzle Mold cavity

Hình 2.1 Ảnh minh họa cấu tạo chính của máy ép nhựa

Quy trình ép nhựa gồm các bước sau:

Bước đầu tiên trong quy trình ép nhựa là thiết lập khuôn cố định trên máy ép và lấy chuẩn khuôn Trong giai đoạn này, trục vít sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ nóng chảy của nhựa, sau đó đầu phun của máy ép sẽ tiếp xúc với bạc cuống phun trên khuôn.

Trong bước 2 của quá trình ép nhựa, nhựa trong trục vít được gia nhiệt và sau đó được bơm qua đầu phun của máy ép Nhựa sẽ chảy vào khuôn với áp suất đã được cài đặt trước, đảm bảo quá trình ép diễn ra hiệu quả.

Bước 3: Làm nguội Nhựa nóng chảy sẽ nguội và định hình theo khuôn khi tiếp xúc với bề mặt khuôn Quá trình này rất quan trọng để tạo ra sản phẩm nhựa chính xác theo thiết kế Sau khi hoàn tất thời gian làm nguội, khuôn sẽ được mở ra.

Bước 4: Đẩy sản phẩm Hệ thống đẩy sản phẩm của khuôn hoạt động và sản phẩm sẽ rơi ra khỏi lòng khuôn Kết thúc quy trình ép.

Các phương pháp thiết kế hệ thống giải nhiệt cho khuôn hiện nay

2.2.1 Hệ thống giải nhiệt kiểu vách ngăn

Chất giải nhiệt sẽ đi qua đầu vào đến các vách ngăn có chứa những dải đồng được chèn vào bên trong để giải nhiệt đều cho khuôn

Lõi khuôn (Core) Đầu ra Đầu vào

Hình 2.2 Hệ thống giải nhiệt kiểu vách ngăn

2.2.2 Hệ thống giải nhiệt kiểu vòi phun Đối với hệ thống này, nước làm nguội sẽ đi vào ở giữa và rẽ sang hai bên Điều này giúp nhiệt độ phân bố đều khắp lòng khuôn nên khả năng giải nhiệt sẽ rất tốt Hệ thống này sẽ cho năng suất cao hơn so với kiểu vách ngăn

Lõi khuôn (Core) Nút bít (Seals) Đầu vào Đầu ra

Hệ thống giải nhiệt dạng lỗ góc gặp khó khăn trong quá trình gia công do phoi có thể bị kẹt tại vị trí giao nhau giữa hai lỗ Điều này hạn chế dòng chảy của chất làm nguội khi đi qua lõi, ảnh hưởng đến hiệu suất làm mát.

Lõi khuôn (Core) Đầu vào

Hình 2.4 Hệ thống giải nhiệt dạng lỗ góc

2.2.4 Hệ thống giải nhiệt dạng xoắn ốc

Chất làm lạnh đi vào chính giữa của “cooling insert” và đi theo đường xoắn ốc trở xuống để đưa chất làm nguội ra ngoài

Lõi Core được lắp vào tấm hỗ trợ

Tấm insert mang dòng chảy làm nguội

Dòng chảy làm nguội Điểm bắt đầu làm nguội

Hình 2.5 Hệ thống giải nhiệt dạng xoắn ốc 2.2.5 Hệ thống giải nhiệt dạng lỗ từng bước

Hệ thống này dễ thiết kế và có hiệu quả giải nhiệt cao hơn so với hệ thống dạng lỗ góc Tuy nhiên, nhược điểm là cần phải bịt một đầu để điều chỉnh dòng chảy sau khi khoan lỗ, và có nguy cơ hỏng hóc dẫn đến rò rỉ.

Nút chặn Lõi khuôn (Core) Đầu ra

Hình 2.6 Hệ thống giải nhiệt dạng lỗ từng bước

Có nhiều phương án thiết kế hệ thống làm mát, mỗi phương án đều có ưu và nhược điểm riêng Do đó, việc đánh giá kỹ lưỡng để chọn lựa phương án phù hợp nhất với sản phẩm là rất quan trọng.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Vật liệu nhựa

Nhựa, hay chất dẻo, là vật liệu được tạo ra từ các hợp chất hữu cơ, có khả năng định hình và biến dạng khi nóng chảy Nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các vật dụng hàng ngày như ống nước, ống dẫn dây điện và hộp đựng thức ăn, cũng như trong các sản phẩm công nghiệp, đóng vai trò quan trọng trong đời sống hiện đại.

Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ:

Nhựa nhiệt dẻo là loại nhựa có khả năng chảy mềm khi được nung nóng và đông cứng lại khi hạ nhiệt độ, thường được tổng hợp qua phương pháp trùng hợp Các mạch đại phân tử của nhựa này liên kết bằng các liên kết yếu như liên kết hydro và vanderwall, dẫn đến tính chất cơ học không cao so với nhựa nhiệt rắn Đặc biệt, nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh nhiều lần, bao gồm các loại như Poly Etylen (PE), Poly Propylen (PP), Poly Styren (PS), Poly Metyl Metacrylat (PMMA) và Poly Etylen Terephtalat (PET).

- Nhựa nhiệt rắn: Là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không gian

Nhựa nhiệt rắn là loại vật liệu không thể nóng chảy hoặc hòa tan trở lại sau khi chịu tác động của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học, và không có khả năng tái sinh Một số loại nhựa nhiệt rắn phổ biến bao gồm ure formaldehyde (UF), nhựa epoxy, phenol formaldehyde (PF) và nhựa melamin.

- Vật liệu đàn hồi:là loại nhựa có tính đàn hồi như cao su

Phân loại nhựa theo ứng dụng:

- Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày, như: PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,…

Nhựa kỹ thuật là loại nhựa có tính chất cơ lý vượt trội so với nhựa thông dụng, thường được ứng dụng trong các sản phẩm công nghiệp như PC và PA.

- Nhựa chuyên dụng: Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho từng trường hợp 3.1.3 Ứng dụng

- Polyethylene (PE): Một loạt các ứng dụng bao gồm túi siêu thị và chai nhựa

Hình 3.1 Ảnh bao bì các màu sắc được làm từ nhựa PE

- Polyethylene mật độ cao (HDPE): Chai đựng chất tẩy rửa, bình đựng sữa và hộp nhựa đúc

- Polyethylene mật độ thấp (LDPE): Đồ gia dụng ngoài trời, vách ngăn, gạch lát sàn, rèm phòng tắm và bao bì vỏ sò

- Polyethylene terephthalate (PET): Chai nước uống có ga, lọ đựng bơ đậu phộng, màng bọc thực phẩm và bao bì dùng được trong lò vi sóng

Hình 3.2 Ảnh các chai nước với các kiểu dáng khác nhau được làm từ nhựa PET

- Polypropylene (PP): Nắp chai, ống hút, hộp đựng sữa chua, thiết bị gia dụng, chắn bùn ô tô

Hình 3.3 Ảnh ống hút đầy đủ các màu sắc được làm từ nhựa PP Nhựa tiêu chuẩn:

- Polystyrene (PS): Hộp đựng bánh kẹo, văn phòng phẩm,đồ chơi, cốc, đĩa dùng một lần, dao kéo, đĩa compact (CD)

Hình 3.4 Ảnh các hộp đựng thức ăn được làm từ nhựa PS

- Polyurethane (PU): Lớp lót ống, băng tải, trục và bánh xe, hiện là loại nhựa được sử dụng phổ biến

- Polyvinyl clorua (PVC): Ống nước và máng xối, dây / cáp cách điện, rèm tắm, khung cửa sổ

Hình 3.5 Ảnh ống nước được làm từ nhựa PVC Nhựa kỹ thuật:

- Acrylonitrile butadiene styrene (ABS): Hộp đựng thiết bị điện tử (ví dụ: màn hình máy tính, máy in, bàn phím) và ống thoát nước

Hình 3.6 Ảnh bàn phím máy tính được làm từ nhựa ABS

Polyamide (PA) hay nilon là một loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng, bao gồm sợi, lông bàn chải đánh răng, ống, dây câu và các bộ phận máy có độ bền thấp như bộ phận động cơ hoặc khung súng.

Hình 3.7 Ảnh bàn chải đánh răng được làm từ nhựa PA

- Polycacbonat (PC): Đĩa compact, kính mắt, tấm chắn cảnh sát, cửa sổ an ninh, đèn giao thông và thấu kính

- Polyester (PES): Sợi và vải dệt

Hình 3.8 Ảnh cuộn chỉ thêu quần áo được làm từ nhựa PES

Lý thuyết về khuôn phun ép nhựa

Khuôn là thiết bị dùng để tạo hình sản phẩm thông qua phương pháp định hình Nó được thiết kế và chế tạo cho một số lượng chu trình nhất định, có thể sử dụng một lần hoặc nhiều lần.

Hình dạng và kích thước sản phẩm ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế khuôn ép nhựa, bao gồm kích thước và kết cấu của khuôn Năng suất và sản lượng sản phẩm là yếu tố quyết định trong việc thiết kế khuôn; đối với sản xuất hàng loạt nhỏ, khuôn đơn giản là đủ, trong khi sản xuất lớn yêu cầu thiết kế khuôn phức tạp hơn để đáp ứng nhu cầu.

- Khuôn ép nhựa bao gồm hai phần chính là phần di động (khuôn đực) và phần cố định (khuôn cái)

Phần cố định của khuôn âm là bộ phận gắn liền với thành máy ép nhựa, giữ vị trí cố định trong suốt quá trình phun ép Hệ thống vòi phun sẽ truyền vật liệu nhựa nóng chảy vào lòng khuôn thông qua phần cố định này, đảm bảo quy trình ép chính xác và hiệu quả.

Phần di động (khuôn dương) thực hiện các chuyển động đóng khuôn để ép sản phẩm và mở khuôn để lấy sản phẩm Hệ thống pin đẩy được thiết kế tại phần khuôn di động giúp đẩy sản phẩm ra ngoài một cách hiệu quả.

Mặt phân khuôn Khuôn dương

Hình 3.9 Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng 3.2.3 Một số loại khuôn thông dụng

Khuôn hai tấm là loại khuôn phổ biến nhất trong ngành sản xuất, còn được gọi là khuôn một khoảng sáng Khi lấy sản phẩm, chỉ có một khoảng sáng, và sản phẩm sẽ dính liền với kênh dẫn nhựa và cổng nhựa, do đó cần một công đoạn tách riêng sản phẩm Ưu điểm của khuôn hai tấm là dễ sử dụng và tiết kiệm vật liệu nhờ vào thiết kế kênh nhựa ngắn.

Tấm kẹp âm Khe kẹp khuôn Tấm khuôn âm Đinh dẫn hướng Tấm khuôn dương

Bạc dẫn hướng Tấm đỡ Tấm lói trên Tấm đẩy Tấm kẹp dương

Lõi Kênh làm nguội Lòng khuôn

Hình 3.10 Kết cấu khuôn hai tấm

Khuôn 3 tấm: Khuôn ba tấm khi mở sẽ có hai khoảng sáng, một khoảng để lấy sản phẩm, một khoảng để lấy kênh dẫn nhựa Kênh nhựa và cổng nhựa sẽ tự động được tách ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn Loại khuôn ba tấm tốn vật liệu do kênh dẫn nhựa dài

Mặt PL đẩy kênh dẫn Tấm cối

Hình 3.11 Kết cấu khuôn ba tấm

Khuôn nhiều tầng là loại khuôn ép bao gồm hai hoặc nhiều bộ khuôn ghép lại, có cấu trúc tương tự như các loại khuôn khác Việc tích hợp nhiều bộ khuôn không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc của doanh nghiệp mà còn giúp tiết kiệm thời gian sản xuất Hiện nay, khuôn này thường sử dụng kênh dẫn nóng để dẫn nhựa, đảm bảo nhiệt độ ổn định cho nhựa lỏng trong suốt quá trình ép.

Hình 3.12 Kết cấu khuôn nhiều tầng sử dụng kênh dẫn nóng

Khuôn tháo chốt ngang là một giải pháp cần thiết cho việc sản xuất các sản phẩm nhựa có lỗ hoặc hõm ngang Thay vì đẩy sản phẩm ra theo phương đóng mở khuôn thông thường, cần rút các chi tiết tạo hõm hoặc lỗ ngang trước Để thực hiện việc lắp và tháo chốt ngang, có thể sử dụng chuyển động mở khuôn thông qua chốt xiên hoặc xylanh thủy lực, cho phép tạo ra chuyển động ngang độc lập Cơ cấu này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Phần cố định Phần di động

Khuôn tháo chốt ngang hoạt động theo nguyên lý đóng mở chính xác nhờ vào hệ thống dẫn hướng và định vị Khi khuôn đã được đóng chặt, đầu phun nhựa sẽ tiến hành phun nhựa nóng chảy vào bạc cuống phun qua kênh dẫn, giúp điền đầy lòng khuôn và tạo hình sản phẩm mong muốn.

Khi nhựa được đổ đầy vào khuôn, máy ép giữ khuôn ở trạng thái đóng để làm nguội sản phẩm thông qua hệ thống làm mát Sau khi nhựa đã định hình, khuôn di động sẽ được kéo ra để mở khuôn, tạo không gian cho việc lấy sản phẩm.

Hệ thống đẩy sản phẩm hoạt động nhờ vào xy lanh đẩy, với lực tác dụng lên tấm đẩy, các pin đẩy sẽ giúp sản phẩm rơi ra ngoài Cuối quy trình, xy lanh sẽ trở lại vị trí ban đầu.

25 thống đẩy sản phẩm sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ vào tác dụng của lò xo và chốt hồi Khuôn sẽ tiếp tục đóng lại đúng vị trí và bắt đầu quy trình ép mới.

Các khuôn ép nhựa phải được lắp đặt trong máy ép nhựa để hoạt động hiệu quả Có nhiều loại máy ép nhựa như máy nghiêng, máy dọc và máy ép nhựa mini, mỗi loại có công dụng riêng Năng suất sản xuất sản phẩm nhựa qua phương pháp ép phun còn phụ thuộc vào công suất của máy ép nhựa.

3.2.5 Yêu cầu kỹ thuật của khuôn ép nhựa

- Phải đạt được độ chính xác về kích thước, hình dáng biên dạng sản phẩm

- Cần đảm bảo được độ bóng cần thiết cho cả lòng khuôn và lõi khuôn Đảm bảo chính xác về vị trí tương quan giữa hai nửa khuôn

Độ cứng của khuôn là yếu tố quan trọng cần đảm bảo, nhằm ngăn chặn sự biến dạng hoặc lệch vị trí của các bộ phận khuôn dưới áp lực lớn trong quá trình làm việc.

Khuôn cần được trang bị hệ thống làm lạnh để duy trì nhiệt độ ổn định, giúp vật liệu dễ dàng lấp đầy lòng khuôn và nhanh chóng định hình.

- Khuôn cần được chế tạo bằng vật liệu có tính chống mòn cao và dễ gia công

- Kết cấu khuôn cần hợp lý, không quá phức tạp, phù hợp với khả năng công nghệ thực tế

- Cần đảm bảo rằng sản phẩm được lấy ra khỏi khuôn một cách dễ dàng

Nhu cầu thực tế Thiết kế sản phẩm

Bố trí các lòng khuôn Thiết kế hệ thống kênh dẫn

Thiết kế hệ thống làm nguội Thiết kế hệ thống sản phẩm Thiết kế hệ thống thoát khi

Thiết kế hệ thống dẫn hướng và định vị Tính toán sức bền khuôn

Chọn vật liệu làm khuôn

Mô phỏng phân tích (CAE)

Hình 3.14 Quy trình thiết kế khuôn ép nhựa

Tổng quan về quá trình gia nhiệt – giải nhiệt cho khuôn ép nhựa

3.3.1 Điều khiển nhiệt độ trong quá trình phun ép nhựa Điều khiển nhiệt độ của khuôn trong quá trình ép nhựa là một yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất sản xuất Việc kiểm soát nhiệt độ của khuôn sẽ ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn của sản phẩm nhựa, sự đồng nhất của sản phẩm và thời gian sản xuất

Dưới đây là một số phương pháp để điều khiển nhiệt độ của khuôn trong quá trình ép nhựa:

Hệ thống làm lạnh hoặc làm nóng được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ của khuôn, đảm bảo đáp ứng các yêu cầu cụ thể trong quy trình sản xuất.

- Điều khiển bằng máy tính: Sử dụng hệ thống điều khiển tự động để theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ của khuôn trong quá trình sản xuất

- Sử dụng cảm biến nhiệt độ: Lắp đặt cảm biến nhiệt độ trên khuôn để theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ theo thời gian thực

Bằng cách kiểm soát chính xác nhiệt độ khuôn trong quá trình ép nhựa, chúng ta có thể nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện hiệu suất sản xuất và giảm thiểu rủi ro trong quy trình sản xuất.

3.3.2 Các phương pháp gia nhiệt cho khuôn ép nhựa

Gia nhiệt bằng hơi nước là phương pháp sử dụng hơi nước để nâng cao nhiệt độ của khuôn ép phun Sau khi nhựa nóng được gia nhiệt, quá trình làm nguội sẽ diễn ra bằng nước lạnh Hệ thống kiểm soát nhiệt độ khuôn bao gồm các thành phần như hệ thống hơi nước, hệ thống làm mát, bộ trao đổi van, bộ điều khiển và giám sát, cùng với máy ép phun khuôn.

Hệ thống điều khiển Nguồn nhiệt

Hình 3.15 Hệ thống gia nhiệt bằng hơi nước

Hệ thống gia nhiệt sử dụng lưu chất bằng dầu nóng là phương pháp phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp nhờ vào dầu nóng chuyên dụng có điểm chớp cao Dầu nóng có khả năng chịu nhiệt độ cao, ổn định, dễ kiểm soát, không dẫn điện và không ăn mòn, làm cho nó trở thành chất truyền nhiệt lý tưởng Phương pháp này thường được áp dụng trong các ngành như sản xuất nhựa, giấy, thực phẩm và nhiều lĩnh vực khác, nơi yêu cầu độ chính xác và kiểm soát nhiệt độ cao.

28 Đường ống chung Đường ống dẫn nhiệt

Thiết bị làm mát 1 Ống nối

Thiết bị điều khiển nhiệt độ

Hình 3.16 Hệ thống gia nhiệt sử dụng lưu chất bằng dầu nóng

Gia nhiệt bằng điện từ là phương pháp hiện đại và hiệu quả để làm nóng khuôn ép phun mà không cần nguồn nhiệt truyền thống như điện hoặc hơi nước Cuộn cảm được đặt gần khuôn, khi dòng điện xoay chiều chạy qua, tạo ra trường từ biến đổi, làm biến đổi các đường lực trong vật liệu dẫn điện Qua hiện tượng tác động từ, năng lượng từ trường được chuyển thành nhiệt, giúp khuôn nóng đều và hiệu quả.

Conduction Heat Transfer Convertion Heat Transfer Electromagnetic Induction

Hình 3.17 Hệ thống gia nhiệt bằng điện từ

Việc gia nhiệt cho khuôn trong quá trình ép nhựa là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm Mỗi phương pháp gia nhiệt đều có ưu và nhược điểm riêng, phụ thuộc vào yêu cầu của quy trình và sản phẩm nhựa cụ thể Lựa chọn phương pháp gia nhiệt phù hợp sẽ tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao phẩm chất sản phẩm.

Độ bền uốn của sản phẩm phun ép nhựa

3.4.1 Khái niệm Độ bền uốn được định nghĩa là khả năng của vật liệu chống biến dạng dưới tải Đối với các vật liệu bị biến dạng đáng kể nhưng không bị phá vỡ, chúng thường được báo cáo là cường độ uốn tải hoặc cường độ năng suất uốn trong năng suất được đo bằng biến dạng 5% / ứng suất của bề mặt bên ngoài

3.4.2 Ảnh hưởng của độ bền uốn đến sản phẩm phun ép nhựa Độ bền uốn của vật liệu nhựa trong sản phẩm phun ép nhựa rất quan trọng đối với hiệu suất và độ tin cậy của sản phẩm Ảnh hưởng của độ bền uốn đến sản phẩm phun ép nhựa có thể được mô tả như sau:

Độ bền uốn của vật liệu nhựa đóng vai trò quan trọng trong khả năng chịu lực uốn của sản phẩm, giúp sản phẩm không bị đứt gãy hay biến dạng Một sản phẩm có độ bền uốn cao sẽ mang lại tính linh hoạt và dẻo dai, đồng thời giảm thiểu nguy cơ nứt vỡ khi chịu tác động từ ngoại lực.

Sản phẩm phun ép nhựa cần có khả năng chống va đập hiệu quả để đảm bảo không bị hỏng hóc Độ bền uốn của vật liệu nhựa đóng vai trò quyết định trong khả năng chống va đập, giúp bảo vệ sản phẩm khỏi vỡ hoặc biến dạng sau khi bị va chạm.

Tuổi thọ và độ ổn định của sản phẩm phun ép nhựa được nâng cao nhờ vào độ bền uốn cao Sản phẩm có khả năng chịu lực tốt sẽ giữ nguyên hình dạng và chất lượng, ngay cả sau thời gian dài sử dụng.

Việc đánh giá và kiểm tra độ bền uốn của vật liệu nhựa trong sản phẩm phun ép là rất quan trọng, nhằm đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm trước khi xuất xưởng.

3.4.3 Ý nghĩa của quá trình thử nghiệm độ bền uốn đối với sản phẩm phun ép nhựa

Thử nghiệm độ bền uốn là quá trình đánh giá khả năng chịu lực uốn của vật liệu hoặc sản phẩm dưới tác động của chuyển động, dao động hoặc tải trọng cố định Quá trình này giúp xác định hiệu suất và độ tin cậy của vật liệu trong điều kiện sử dụng thực tế.

Thử nghiệm độ bền uốn là phương pháp quan trọng để đảm bảo chất lượng và an toàn của sản phẩm, giúp xác định giới hạn chịu lực của vật liệu trước khi xảy ra hỏng hóc hay vỡ vụn.

Phương pháp thống kê và phân tích số liệu Taguchi

Phương pháp Taguchi, được phát triển bởi giáo sư Genichi Taguchi vào những năm 1950 và 1960 tại Nhật Bản, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm sau Thế chiến II Ông tập trung vào tối ưu hóa thiết kế thí nghiệm để giảm thiểu biến động và tăng cường tính nhất quán của sản phẩm.

Taguchi áp dụng các bảng ma trận (Orthogonal Arrays) để tổ chức thí nghiệm, nhằm tối ưu hóa các tham số một cách hiệu quả Phương pháp này đã được công nhận và sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Nhật Bản từ những năm 1970, và sau đó lan tỏa ra toàn cầu trong thập niên tiếp theo.

Phương pháp Taguchi tập trung vào việc tối ưu hóa sự sai lệch từ mục tiêu nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm sự không ổn định trong quá trình sản xuất Khác với các phương pháp thống kê truyền thống chỉ chú trọng vào việc giảm biến thiên, Taguchi xác định các yếu tố quan trọng thông qua thiết kế thử nghiệm, giúp tìm ra các điểm thiết lập tối ưu để đạt được chất lượng cao nhất với sự ổn định và đồng đều.

Phương pháp Taguchi đánh giá kết quả dựa trên việc tối ưu hóa hàm mục tiêu, bao gồm sự ổn định, hiệu suất và chất lượng sản phẩm Qua đó, các nhà sản xuất và kỹ sư có thể xác định các yếu tố quan trọng và thiết lập điểm thiết kế tối ưu, nhằm đạt được mục tiêu sản xuất và cải thiện hiệu quả.

Quadratic function Conventional no-loss range

Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn sự tối ưu hóa của phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi, được phát triển bởi Genichi Taguchi, đã góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và quy trình sản xuất từ những năm 1950, trở thành một công cụ thiết yếu trong quản lý chất lượng toàn cầu.

Xác định mục tiêu và đáp ứng của quá trình hoặc sản phẩm cần cải thiện chất lượng

Xác định các nhân tố ảnh hưởng đến đáp ứng và các mức giá trị của chúng

Chọn một dãy trực giao phù hợp với số lượng nhân tố và mức giá trị

Thực hiện các thí nghiệm theo dãy trực giao và ghi lại kết quả đo được

Phân tích kết quả bằng cách sử dụng biểu đồ thanh X hoặc phương pháp ANOVA

Hình 3.19 Các bước thực hiện phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi có nhiều ý nghĩa thực tiễn trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm và quy trình sản xuất:

Tối ưu hóa quy trình sản xuất là việc xác định các tham số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất với chi phí thấp nhất.

Giảm thiểu biến động và lỗi trong quá trình sản xuất là yếu tố quan trọng để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng ổn định và đồng nhất Tập trung vào việc này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn tạo ra sự tin tưởng từ phía khách hàng.

Bằng cách tối ưu hóa thiết kế thí nghiệm, phương pháp này không chỉ giảm số lượng thí nghiệm cần thực hiện mà còn giúp tiết kiệm chi phí và thời gian hiệu quả.

Cải thiện chất lượng sản phẩm là yếu tố then chốt giúp nâng cao khả năng đáp ứng các yêu cầu chất lượng, từ đó gia tăng uy tín thương hiệu và sự hài lòng của khách hàng.

Phương pháp Taguchi dễ dàng áp dụng nhờ vào quy trình rõ ràng và các công cụ cụ thể như bảng ma trận, giúp doanh nghiệp triển khai hiệu quả trong thực tiễn.

Cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất là những yếu tố quan trọng giúp doanh nghiệp nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Phương pháp Taguchi là công cụ hiệu quả cho việc tối ưu hóa chất lượng sản phẩm và quy trình sản xuất tại các doanh nghiệp Áp dụng phương pháp này giúp giảm chi phí thử nghiệm, nâng cao hiệu suất, cải thiện chất lượng sản phẩm, tiết kiệm thời gian và tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường.

TỔNG QUAN VỀ MẪU THỬ ĐỘ BỀN UỐN VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KHUÔN

Tổng quan về sản phẩm mẫu thử độ bền uốn

Mẫu thử nghiệm độ bền uốn của phương pháp ép nhựa là sản phẩm quan trọng để đánh giá chất lượng và độ bền của vật liệu nhựa Mẫu test này giúp xác định khả năng chịu tải và độ bền của nhựa sau khi ép, thường được thực hiện trong điều kiện môi trường cụ thể và theo các tiêu chuẩn quy định.

4.1.1 Thông số thiết kế mẫu sản phẩm

Kích thước của mẫu thử độ bền uốn được lấy theo tiêu chuẩn ASTM D790 có kích thước như sau:

Hình 4.1 Kích thước mẫu thử độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D790

4.1.2 Lựa chọn vật liệu của mẫu thử độ bền uốn

Sản phẩm mẫu thử được thiết kế để kiểm tra độ bền uốn với khuôn có hệ thống cooling layer, và nhóm thực hiện đã chọn nhựa ABS (PA – 709S) cho nghiên cứu do tính chất phù hợp của nó Nhựa ABS nổi bật với khả năng chịu lực tác động tốt, ổn định kích thước, dễ nhuộm và gia công, cùng với độ bền cơ học và độ cứng cao Ngoài ra, nhựa này còn có độ hút nước thấp, khả năng chống ăn mòn tốt, kết nối đơn giản, không độc hại và không mùi, đồng thời sở hữu tính chất hóa học và cách điện ưu việt Nhựa ABS cũng chịu nhiệt tốt, không biến dạng và có khả năng chịu lực tốt ngay cả ở nhiệt độ thấp.

Là vật liệu cứng, không dễ bị trầy xước, không dễ bị biến dạng

Thông số kỹ thuật của nhựa ABS:

Bảng 4.1 Đặc tính vật lí của nhựa ABS

Chỉ tiêu Khoảng giá trị

Hấp thụ độ ẩm ở trạng thái cân bằng 0.00 – 0.30 %

Hấp thụ nước ở độ bão hòa 0.30 – 1.03 % Độ ẩm tối đa 0.010 – 0.15

Co ngót khuôn tuyến tính 0.0020 – 0.0080 cm/cm

Co ngót khuôn tuyến tính, cắt ngang 0.0030 – 0.0080 cm/cm

Bảng 4.2 Đặc tính cơ học của nhựa ABS

Chỉ tiêu về độ cứng của vật liệu dao động từ 68 đến 118 HRC theo thang đo Rockwell Độ cứng thụt đầu bóng nằm trong khoảng 65.0 đến 110 MPa, trong khi độ bền kéo tối ưu đạt từ 22.1 đến 74.0 MPa và độ bền kéo năng suất từ 13.0 đến 65.0 MPa Kéo dài khi nghỉ có thể lên đến 150%, trong khi kéo dài ở năng suất dao động từ 0.62 đến 30%.

Mô đun đàn hồi 1.00 – 2.65 GPa Mô-đun uốn dẻo 0.200 – 5.50 GPa

Bảng 4.3 Đặc tính nhiệt của nhựa ABS

CTE, tuyến tớnh, chuyển ngang sang dũng 87.0 – 104 àm/m-°C

Nhiệt độ dịch vụ tối đa, không khí 60.0 – 100 °C Nhiệt độ lệch ở 0,46 MPa (66 psi) 70.0 – 107 °C Nhiệt độ lệch ở 1,8 MPa (264 psi) 70.0 – 130 °C Điểm mềm 87.0 – 125 °C

Kính chuyển nhiệt độ, Tg 108 – 109 °C

UL RTI, Cơ khí có tác động 50.0 – 105 °C

UL RTI, Cơ khí không va đập 50.0 – 120 °C

Tính dễ cháy, UL94 HB – V-0

Kiểm tra dây phát sáng 650 – 960 °C

- Đặc tính xử lí vật liệu:

Bảng 4.4 Đặc tính xử lí vật liệu của nhựa ABS

Nhiệt độ xử lý 76.7 – 230 °C Nhiệt độ vòi phun 180 – 310 °C Nhiệt độ bộ điều hợp 200 – 300 °C Nhiệt độ chết 200 – 295 °C Nhiệt độ nóng chảy 170 – 320 °C Nhiệt độ khuôn 29.0 – 120 °C

Vận tốc tiêm 240 mm/sec

Nhiệt độ cuộn 47.0 – 150 °C Nhiệt độ sấy 70.0 – 120 °C Độ ẩm 0.010 – 0.050 %

Hình 4.2 Hạt nhựa ABS PA – 709S dùng cho nghiên cứu

Hình 4.3 Thông số kỹ thuật của nhựa ABS POLYLAC PA 709S dùng cho thí nghiệm của đề tài

THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Quá trình thử khuôn trước khi ép hàng loạt mẫu dùng cho thí nghiệm

Quy trình chế tạo mẫu dùng cho thử nghiệm uốn

Kết quả thử nghiệm mẫu tối ưu của phương pháp Taguchi

Kết hợp mô hình tính toán ANN với GA

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Cooling layer (hệ thống làm mát bằng rơm) trong khuôn ép nhựa đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, nâng cao hiệu suất, chất lượng sản phẩm và kéo dài tuổi thọ khuôn Việc thiết kế cooling layer một cách chính xác và hiệu quả là yếu tố then chốt để tối ưu hóa chi phí sản xuất và đạt được hiệu suất sản xuất tối ưu.

Hiện nay, có nhiều loại hệ thống giải nhiệt, nhưng nhóm chúng tôi tập trung vào hiệu quả của hệ thống giải nhiệt mới được thiết kế Mục tiêu là xác định xem sản phẩm này có tối ưu về độ bền hay không Để đánh giá, cần trải qua nhiều giai đoạn, bao gồm thiết lập các trường hợp thí nghiệm, chế tạo mẫu thử độ bền, thực hiện thử nghiệm và thu thập số liệu.

Vấn đề thiết kế hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm phun ép nhựa đang thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà nghiên cứu và sẽ luôn là một chủ đề nghiên cứu quan trọng trong tương lai Các nghiên cứu sẽ cung cấp số liệu thống kê và dữ liệu phân tích, từ đó đánh giá kết quả nghiên cứu Để giải quyết vấn đề này, cần thiết kế khuôn với hệ thống cooling layer cụ thể và thực hiện chế tạo, thử nghiệm mẫu cùng với phân tích số liệu Sử dụng AI để dự đoán độ bền sản phẩm theo phương án thiết kế sẽ giúp so sánh và đánh giá kết quả đạt được khi có số liệu thực tế.

Nghiên cứu và đánh giá các phương pháp thiết kế hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm phun ép nhựa giúp lựa chọn phương pháp tối ưu nhất, nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất Điều này không chỉ cải thiện quy trình sản xuất mà còn góp phần tích cực vào sự phát triển của ngành công nghiệp phun ép nhựa cả trong nước và toàn cầu.

1.2 Tính cấp thiết của đề tài Đề tài “Ứng dụng AI trong dự đoán độ bền uốn của mẫu thử khi chế tạo bằng phương pháp phun ép nhựa với khuôn có dùng cooling layer” là một chủ đề cực kỳ cấp thiết trong ngành công nghiệp gia công cơ khí và công nghệ phun ép nhựa Việc nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất và tiết kiệm năng lượng Bằng việc điều chỉnh lớp làm mát trên khuôn, độ bền uốn của sản phẩm có thể được cải thiện, giúp gia tăng tuổi thọ và hiệu suất hoạt động của khuôn Việc áp dụng cooling layer cũng giúp

Việc phân bổ nhiệt đều trên bề mặt khuôn và tối ưu hóa kỹ thuật cooling layer trong quá trình phun ép nhựa giúp tăng cường hiệu suất làm mát, giảm thiểu biến dạng khuôn và kiểm soát nhiệt độ hiệu quả Công nghệ này không chỉ rút ngắn thời gian phun ép, mà còn nâng cao năng suất sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng Nhờ đó, các doanh nghiệp có thể tăng cường sức cạnh tranh và thúc đẩy sự phát triển trong ngành công nghiệp chế tạo sản phẩm phun ép nhựa.

Việc nghiên cứu độ bền uốn của khuôn trong điều kiện sử dụng cooling layer không chỉ mở ra cơ hội phát triển ứng dụng mới trong công nghệ chế tạo và gia công cơ khí, mà còn có thể áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất như ô tô, điện tử và chế tạo máy móc Điều này làm cho đề tài nghiên cứu trở nên cấp thiết, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích và tiềm năng phát triển trong tương lai.

Nghiên cứu độ bền uốn của khuôn với lớp làm mát không chỉ mang lại lợi ích cho sản xuất công nghiệp mà còn thúc đẩy sự phát triển và hiện đại hóa ngành chế tạo Vì vậy, nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “Ứng dụng”.

AI được ứng dụng để dự đoán độ bền uốn của mẫu thử được chế tạo bằng phương pháp phun ép nhựa, sử dụng khuôn có lớp làm mát Nghiên cứu này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm Việc áp dụng công nghệ AI trong lĩnh vực này mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp nhựa.

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu về hệ thống giải nhiệt cho khuôn và độ bền của sản phẩm liên quan đến việc thiết kế khuôn với lớp cooling layer, đặc biệt là lớp bi cầu trải đều trong hệ thống này Nghiên cứu cung cấp thông tin mới, mở rộng kiến thức trong lĩnh vực cơ khí và công nghệ phun ép nhựa Đánh giá hiệu suất và chất lượng của khuôn có sử dụng cooling layer cho thấy khả năng nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm, từ đó khám phá các phương án thiết kế khuôn mới, mang lại lợi ích cho ngành ép nhựa Việt Nam.

Qua quá trình thực nghiệm, đề tài này thực hiện các công việc như chụp phân bố nhiệt của lòng khuôn, thử nghiệm ép khuôn và ép mẫu cho thí nghiệm, cũng như thử nghiệm độ bền uốn Những hoạt động này đóng góp vào việc phát triển phương pháp phân tích và đánh giá dữ liệu trong lĩnh vực cơ khí và công nghệ phun ép nhựa.

Cooling layer giúp nâng cao hiệu suất sản xuất bằng cách tăng tốc độ và hiệu quả trong quá trình làm giải nhiệt nhựa sau khi ép Điều này không chỉ giảm thời gian cần thiết cho mỗi chu trình sản xuất mà còn cải thiện khả năng sản xuất hàng loạt.

Cooling layer giúp kiểm soát nhiệt độ trong quá trình làm nguội nhựa, giảm thiểu biến dạng và màu sắc không đồng đều của sản phẩm Nhờ đó, sản phẩm cuối cùng đạt chất lượng cao và đồng đều hơn.

Tiết kiệm năng lượng trong ngành công nghệ ép nhựa có thể đạt được thông qua việc tối ưu hóa thiết kế lớp làm mát Điều này không chỉ giảm lượng năng lượng cần thiết để làm nguội nhựa mà còn giúp tiết kiệm chi phí và tạo ra một môi trường sản xuất hiệu quả hơn.

Cooling layer giúp điều chỉnh nhiệt độ theo yêu cầu của quy trình sản xuất, tăng cường sự linh hoạt trong ngành công nghệ ép nhựa Nhờ đó, ngành này có khả năng sản xuất các sản phẩm phức tạp và đa dạng mà vẫn đảm bảo chất lượng cao.

Tiêu đề	Ứng Dụng AI Trong Dự Đoán Độ Bền Uốn Của Mẫu Thử Khi Chế Tạo Bằng Phương Pháp Phun Ép Nhựa Với Khuôn Có Dùng Cooling Layer
Tác giả	Lê Tấn Công, Văn Tấn Hiển, Phạm Văn Hiếu
Người hướng dẫn	ThS. Huỳnh Đỗ Song Toàn
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	119
Dung lượng	7,94 MB