TỐI ưu HOÁ QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH mô PHỎNG ép PHUN sản PHẨM NHỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM

Phương pháp quy ho ch thực nghiệm ph hợp với tối ưu h a các thông số c a quá trình ép phun.. Họ khẳng định nhiệt độ nhựa và nhiệt độ khuôn c ng với áp suất gi khuôn và th i gian gi khuôn

Trang 1

vi

M C L C TRANG T A

QUY T Đ NH GIAO Đ TÀI

Lụ L CH KHOA H C i

L I CAM ĐOAN ii

L I C M N iii

TịM T T iv

M C L C vi

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH xiii

DANH SÁCH CÁC B NG xviii

DANH SÁCH CÁC BI U Đ xx

Ch ng 1 T NG QUAN 1

1.1 T NG QUAN V ÉP PHUN S N PHẨM NH A 1

1.1.1 Hi u sơ lược v công nghệ ép phun 8

1.1.2 Cấu t o máy ép phun 8

1.1.2.1 Hệ thống kẹp 9

1.1.2.1.1 Đặc đi m hệ thống kẹp 9

1.1.2.1.2 Ch c năng và cấu t o hệ thống kẹp 9

1.1.2.2 Hệ thống khuôn 10

1.1.2.3 Hệ thống phun 11

1.1.2.3.1 Phễu cấp liệu (hopper) 11

1.1.2.3.2 Khoang ch a liệu (barrel) 11

1.1.2.3.3 Các băng gia nhiệt (heater band) 11

1.1.2.3.4 Trục vít (screw) 11

1.1.2.3.5 ộ hồi tự h (non-return assembly) 12

1.1.2.3.6 Vòi phun (Nozzle) 12

1.1.2.4 Hệ thống đi u khi n 13

1.1.2.5 Hệ thống hỗ trợ ép phun 14

1.1.2.5.1 Thân máy (Frame) 14

1.1.2.5.2 Hệ thống th y lực (Hydraulic system) 14

Trang 2

vii

1.1.2.5.3 Hệ thống điện 14

1.1.2.5.4 Hệ thống làm nguội 15

1.1.3 Cấu t o khuôn 15

1.1.3.1 Giới thiệu v khuôn 15

1.1.3.2 Cấu t o khuôn đơn gi n gồm các bộ phận 16

1.1.4 Nguyên lý ho t động c a máy ép phun 16

1.1.5 Phân lo i máy ép phun 17

1.1.5.1 Phân lo i theo cấu tr c 17

1.1.5.2 Phân lo i theo quá trình phát tri n 18

1.1.6 u, nhược đi m c a công nghệ ép phun 18

1.1.6.1 u đi m 18

1.1.6.2 Nhược đi m 18

1.2 K T QU NGHIểN C U TRểN TH GI I VÀ VI T NAM 18

1.2.1 Trên thế giới 18

1.2.2 T i Việt Nam 19

1.2.3 Tính cấp thiết c a đ tài 20

1.2.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn c a đ tài 20

1.2.4.1 Ý nghĩa khoa học 20

1.2.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 20

1.2.5 Mục đích c a đ tài 20

1.2.6 Đối tượng nghiên c u 20

1.2.7 Nhiệm vụ c a đ tài và giới h n đ tài 21

1.2.7.1 Nhiệm vụ c a đ tài 21

1.2.7.2 Giới h n đ tài 21

1.2.8 Phương pháp nghiên c u 21

Ch ng 2 C S Lụ THUY T 22

2.1 THI T K S N PHẨM 22

2.1.1 Giới thiệu chi tiết 22

2.1.2 Các bước thiết kế s n phẩm 22

2.1.3 Đặc tính vật liệu, khối lượng, th tích s n phẩm 24

2.1.3.1 Đặc tính vật liệu chế t o 24

2.1.3.2 Khối lượng và th tích 24

Trang 3

viii

2.1.3.3 G c thoát khuôn c a s n phẩm 25

2.2 THI T K B KHUỌN 25

2.2.1 Tính số lòng khuôn 25

2.2.2 Thiết kế khuôn 25

2.2.2.1 T o mặt phân khuôn cho chi tiết 25

2.2.2.2 Các bước cơ b n tách khuôn 26

2.3 CH T O B KHUỌN 28

2.3.1 Hệ thống kênh d n nhựa 28

2.3.1.1 Miệng phun 28

2.3.1.2 Kênh d n 29

2.3.1.3 Cuống phun 30

2.3.2 Hệ thống d n hướng 31

2.3.2.1 Trục d n hướng 32

2.3.2.2 c d n hướng 32

2.3.3 Hệ thống đẩy 33

2.3.3.1 Tấm đẩy 33

2.3.3.2 Tấm đ 34

2.3.3.3 Tấm gi 34

2.3.3.4 Ty lõi 35

2.3.3.5 Chốt d n hướng 35

2.3.3.6 Lò xo 36

2.3.3.7 Bulong 36

2.3.4 Hai tấm kẹp 37

2.3.4.1 Tấm kẹp trên 38

2.3.4.2 Tấm kẹp dưới 38

2.3.5 Vòng định vị 39

2.3.6 c cuống phun 39

2.3.7 Khối chèn vào t i kênh d n và miệng phun (Gate AL và Gate POM) 40

2.3.7.1 Gate AL 40

2.3.7.2 Gate POM 41

2.3.8 ộ khuôn sau khi l p ráp 41

Trang 4

ix

2.3.9 Gá khuôn lên máy 42

2.3.10 Thiết kế hai gối đ 42

2.3.11 ộ khuôn hoàn chỉnh 43

2.4 QUÁ TRÌNH ÉP 43

2.4.1 Giới thiệu v máy ép được s dụng 43

2.4.2 Thiết lập thông số máy ép 45

2.4.2.1 Vận tốc phun nhựa 45

2.4.2.2 Vận tốc quay trục vít đ lấy nhựa 45

2.4.2.3 Áp suất kẹp khuôn 45

2.4.2.4 Nhiệt độ sấy c a nhựa 45

2.4.3 Ép s n phẩm 45

2.4.3.1 Nhiệt độ 1800C, áp suất 75 bar 45

Ch ng 3 ĐÁNH GIÁ S NH H NG C A NHI T Đ , ÁP SU T Đ N Đ CHệNH XÁC C A CHI TI T 51

3.1 CÁC V N Đ C N GI I QUY T 51

3.2 NH H NG C A NHI T Đ Đ N Đ CHệNH XÁC C A CHI TI T 51

Trang 5

x

3.2.1 Áp suất 55 ar 51

3.2.2 Áp suất 75 ar 55

3.3 NH H NG C A ÁP SU T Đ N S CHệNH XÁC C A CHI TI T 57

3.3.1 Xét nhiệt độ 2000C 57

3.4 TỊM NHI T Đ VÀ ÁP SU T Cị SAI L CH KệCH TH C NH NH T 61

3.5 Tìm ph ng trình h i quy 64

3.5.1 T i kho ng cách 40 mm 64

3.6 NH N XÉT K T QU X Lụ S LI U 65

3.6.1 Sự nh hư ng c a nhiệt độ đến độ chính xác c a chi tiết 65

3.6.2 Sự nh hư ng c a áp suất đến độ chính xác c a chi tiết 65

3.6.3 Giá trị nhiệt độ và áp suất mà kích thước c sai lệch thấp nhất 65

Ch ng 4 K T QU PHỂN TệCH S N PHẨM B NG PH N M M MOLDFLOW 2013 66

4.1 CH N CÁC THỌNG S Đ U VÀO 66

4.2 PHỂN TệCH MỌ PH NG S N PHẨM 68

4.2.1 Nhiệt độ gia công là 1900C, áp suất 55 bar 68

Trang 6

xi

4.3 K T QU PHỂN TệCH MỌ PH NG 86

Ch ng 5 K T LU N 87

5.1 NH H NG C A NHI T Đ VÀ ÁP SU T Đ N KệCH TH C S N PHẨM 87

5.2 K T QU PHỂN TệCH MỌ PH NG B NG PH N M M SO V I S N PHẨM TH C T 87

TÀI LI U THAM KH O 88

Trang 8

xiii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Tỉ số S/N với nhiệt độ nhựa (ºC) 6

Hình 1.2 Tỉ số S/N với áp suất phun 7

Hình 1.3 Tỉ số S/N với với áp suất đ ng khuôn 7

Hình 1.4 Tỉ số S/N với th i gian gi 7

Hình 1.5 S n phẩm ép phun [3] 8

Hình 1.6 Máy ép phun [1] 9

Hình 1.7 Cụm đẩy c a máy [1] 9

Hình 1.8 Cụm kìm [1] 10

Hình 1.9 Hệ thống phun [1] 11

Hình 1.10 Cấu t o trục vít [1] 12

Hình 1.11 Vòi phun [1] 13

Hình 1.12 Hệ thống đi u khi n [1] 13

Hình 1.13 Hệ thống hỗ trợ ép phun [1] 14

Hình 1.14 Cấu t o bộ khuôn [2] 16

Hình 1.15 Nguyên lý ho t động c a máy ép phun [1] 17

Hình 1.16 V hộp máy quay camera [11] 19

Hình 2.1 Chi tiết 22

Hình 2.2 n v chi tiết 22

Hình 2.3 Lệnh extrude 23

Hình 2.4 S n phẩm 23

Hình 2.5 Hộp tho i Mass properties 24

Hình 2.6 Extrude Surface 25

Hình 2.7 Vào môi trư ng tách khuôn 26

Hình 2.8 L p chi tiết vào môi trư ng tách khuôn 26

Hình 2.9 T o phôi 27

Hình 2.10 Nhập hệ số co r t 27

Hình 2.11 Lòng khuôn đ được tách 27

Trang 9

xiv

Hình 2.12 Kích thước lòng khuôn 28

Hình 2.13 Kích thước Gate [2] 29

Hình 2.14 Kênh d n tròn [2] 30

Hình 2.15 Cuống phun [2] 30

Hình 2.16 c cuống phun 30

Hình 2.17 Hình nh thực tế b c cuống phun 31

Hình 2.18 Hệ thống d n hướng [2] 31

Hình 2.19 Hệ thống d n hướng đ l p lên hai tấm khuôn [2] 31

Hình 2.20 Hình nh thực tế 32

Hình 2.21 Trục d n hướng 32

Hình 2.22 c d n hướng 33

Hình 2.23 Tấm đẩy 33

Hình 2.24 Hình nh tấm đẩy 34

Hình 2.25 Tấm gi 34

Hình 2.26 Hình nh tấm gi 35

Hình 2.27 Ty lõi 35

Hình 2.28 Hình nh ty lõi 35

Hình 2.29 Chốt d n hướng 36

Hình 2.30 Hình nh chốt d n hướng 36

Hình 2.31 Lò xo 36

Hình 2.32 Bulong 37

Hình 2.33 Hệ thống đẩy [2] 37

Hình 2.34 Hình nh hệ thống đẩy 37

Hình 2.35 Tấm kẹp trên 38

Hình 2.36 Tấm kẹp dưới 39

Hình 2.37 Vòng định vị 39

Hình 2.38 Vòng định vị và b c cuống phun đ được l p lên tấm kẹp trên 40

Hình 2.39 Gate được l p trên tấm khuôn dưới 41

Hình 2.40 Vị trí l p Gate POM trên tấm khuôn dưới 41

Hình 2.41 Phần di động và phần cố định 41

Trang 10

xv

Hình 2.42 ộ khuôn sau khi l p ráp 42

Hình 2.43 Hai gối đ 42

Hình 2.44 ộ khuôn đ được gá hai gối bên dưới 43

Hình 2.45 Máy ép nhựa 43

Hình 2.46 Khi ép 1800C, áp suất 75 bar 45

Hình 3.1 Thước kẹp điện t 51

Hình 4.1 S n phẩm 66

Hình 4.2 Lưu file igs 66

Hình 4.3 Chọn ki u Import 67

Hình 4.4 Kết qu mesh 67

Hình 4.5 Chọn quá trình phân tích 67

Trang 11

xvi

Hình 4.6 Chọn vật liệu 68

Hình 4.7 Chọn vị trí vào nhựa 68

Hình 4.8 Nhiệt độ gia công 69

Hình 4.9 Áp suất gia công 69

Hình 4.10 Th i gian đi n đầy 70

Hình 4.11 Lệch theo hướng X 70

Trang 12

xvii

Trang 13

xviii

ng 1.1 Tính chất vật liệu Polypropylene 4

ng 1.2 Các thông số quá trình và m c độ 4

ng 1.3 ố trí trực giao L27 4

ng 1.4 Giá trị co rút và tỉ số S/N cho nhựa PP 6

ng 1.5 Đáp ng c a tỉ số S/N cho nhựa PP 6

ng 2.1 Thông số kỹ thuật c a máy 44

ng 3.1 Kích thước cách miệng phun 40 mm, áp suất 55 bar 52

ng 3.9 Kích thước chi tiết t i nhiệt độ 2000C với áp suất 55 và 75 bar 57

ng 3.10 Kích thước cách miệng phun 40 mm, nhiệt độ 2050C 58

ng 3.13 Kích thước cách miệng phun 100 mm, nhiệt độ 2050 C 59

ng 3.16 T ng hợp các kích thước nhiệt độ và áp suất khác nhau 62

Trang 14

xix

ng 4.1 Lệch theo phương vuông g c với dòng ch y (phương X) 86

Trang 16

1

T NG QUAN 1.1 T NG QUAN V ÉP PHUN S N PHẨM NH A

- Ép phun là một quá trình nhi u thách th c đối với các nhà s n xuất và nghiên c u đ t o ra các s n phẩm đ t yêu cầu với chi phí thấp nhất Một trong

nh ng mục tiêu chính c a công nghệ ép phun là nâng cao chất lượng c a s n phẩm nhựa đồng th i r t ng n chu kỳ ra s n phẩm, gi m chi phí s n xuất

- Các yếu tố nh hư ng đến s n phẩm nhựa bao gồm: thiết kế chi tiết, thiết kế khuôn, gia công khuôn và đi u kiện ép phun

- Một trong nh ng vấn đ quan trọng trong ép phun nhựa là độ chính xác kích thước s n phẩm Kích thước s n phẩm phụ thuộc vào ba yếu tố:

- Việc tối ưu h a các thông số quá trình ép phun c nh hư ng rất lớn đến năng suất, chất lượng và chi phí s n xuất c a ngành công nghiệp khuôn nhựa

- Trong quá trình phun ép, áp suất phun (injection pressure P), th tích nhựa (melt volume V) và nhiệt độ nhựa (melt temperature T) luôn c nh hư ng l n nhau nh hư ng gi a các thông số này luôn thay đ i đối với nh ng lo i vật liệu khác nhau Sự nh hư ng c a các yếu tố khác như nhiệt độ khuôn hoặc th i gian

đi n đầy,… đ u nh hư ng đến độ co r t c a s n phẩm nhựa

Trang 17

2

- Sau khi làm nguội s n phẩm nhựa đến nhiệt độ m khuôn trong lòng khuôn trước khi được lấy ra, n s tiếp tục co r t bên ngoài lòng khuôn cho đến khi đ đ t đến nhiệt độ môi trư ng

- Nhi u công trình nghiên c u tập trung vào nh ng nh hư ng quan trọng

c a thông số quá trình ép phun đến chất lượng s n phẩm, đặc biệt với s n phẩm

+ Tối ưu h a cong vênh trên s n phẩm ép phun thành m ng [8-9]

- Quy ho ch thực nghiệm thống kê là một thành phần quan trọng trong việc

thiết kế và phát tri n s n phẩm và quá trình s n xuất Trong nhi u năm qua đ c nhi u sự phát tri n trong quy ho ch thực nghiệm, đi c ng với sự lớn m nh c a

nh ng ng dụng trong kỹ thuật Nh ng lĩnh vực ng dụng quy ho ch thực nghiệm tiêu bi u bao gồm đặc tính h a s n phẩm và quá trình, đi u khi n và n định, tối ưu

h a quá trình và thiết kế quá trình và s n phẩm đ đ t sự b n v ng Phương pháp quy ho ch thực nghiệm ph hợp với tối ưu h a các thông số c a quá trình ép phun

Sự phát tri n hiện t i c a quy ho ch thực nghiệm thống kê đ tr i qua bốn kỷ nguyên Kỷ nguyên nông nghiệp đầu tiên được d n d t b i R A Fisher trong nh ng năm

1920 và 1930 Kỷ nguyên th hai hay kỷ nguyên công nghiệp được xúc tiến b i sự phát tri n c a phương pháp b mặt đáp ng (RSM) c a Box và Wilson (1951) Sự quan tâm ngày càng tăng c a n n công nghiệp phương Tây trong c i tiến chất lượng b t đầu trong

nh ng năm 1970 báo hiệu kỷ nguyên th ba c a quy ho ch thống kê Công việc c a giáo

sư Genechi Taguchi c nh ng nh hư ng quan trọng trong việc m rộng sự quan tâm và

ng dụng quy ho ch thực nghiệm Kỉ nguyên th tư là sự phát tri n nh ng phương pháp thay thế phương pháp Taguchi đ nâng cao hiệu qu trong ng dụng thực tiễn

Trước đây các kĩ sư s n xuất s dụng phương pháp th sai đ xác định các thiết lập thông số tối ưu cho quá trình ép phun Tuy nhiên phương pháp này không thích hợp cho quá trình ép phun hiện t i b i vì sự ph c t p ngày càng tăng trong thiết kế s n phẩm

Trang 18

3

Các nghiên c u tối ưu h a thông số ép phun hiện t i thư ng ng dụng phương pháp Taguchi, s dụng một bố trí đặc biệt các d y trực giao đ nghiên c u toàn bộ không gian các yếu tố với một số lượng nh các thí nghiệm Tuy nhiên phương pháp này c ng c một

c Thiết kế dung sai

Giai đo n thiết kế ý tư ng tập hợp các kiến th c và kinh nghiệm kĩ thuật đ giúp nhà thiết kế chọn nh ng đi u thích hợp nhất cho s n phẩm dự định Trong giai đo n thiết

kế tham số, thiết lập tốt nhất c a các yếu tố đi u khi n được quyết định Đây là giai đo n quan trọng nhất vì nó không làm nh hư ng đến chi phí s n xuất Giai đo n th ba được

thực hiện chỉ sau khi giai đo n thiết kế tham số được hoàn thành và được c ng cố khi

nh ng c i tiến cao hơn được yêu cầu đ tối ưu h a thiết kế Giai đo n này nhà thiết kế xem xét chỉ th t chặt dung sai, nâng cấp tiêu chuẩn vật liệu và nh ng thành phần khác nếu có

bất kỳ sự nh hư ng quan trọng nào đến chất lượng thông qua quy ho ch thực nghiệm

Phương pháp Taguchi s dụng tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) thay vì giá trị trung

bình đ chuy n đ i d liệu kết qu thí nghiệm thành giá trị cho đặc tính trong phân tích thiết lập tối ưu Tỉ số S/N ph n ánh c giá trị trung bình và phương sai c a đặc tính chất lượng Tiêu chuẩn tỉ số S/N thư ng được s dụng như sau: Danh định là tốt nhất (NB: Nominal is best), thấp hơn là tốt hơn (L ), cao hơn là tốt hơn (H )

- Chang và Faison [8] nghiên c u sự co r t và tối ưu h a các chi tiết làm từ nhựa PS, HDPE và A S s dụng phương pháp Taguchi và phân tích phương sai

Họ khẳng định nhiệt độ nhựa và nhiệt độ khuôn c ng với áp suất gi khuôn và th i gian gi khuôn là nh ng yếu tố quan trọng nhất nh hư ng đến sự co r t c a ba lo i vật liệu nghiên c u

- Vaatainen [9] đi u tra nh hư ng c a thông số ép phun đến chất lượng c m quan c a s n phẩm s dụng phương pháp Taguchi Tập trung vào sự co r t với ba đặc tính gồm: khối lượng, đư ng hàn và vết lõm

Trang 19

4

- Mohd Muktar Alam, Deepak Kumar [10] đ tiến hành gi m co r t trong ép phun s dụng phương pháp Taguchi cho đầu đèn Tata Magic làm từ nhựa PP Trong nghiên c u này các thông số ép phun như nhiệt độ phun, áp suất phun, áp

suất đ ng khuôn và th i gian đ ng khuôn được lấy đ c được sự kết hợp tốt nhất nhằm tối ưu h a quá trình Tỉ số S/N được d ng đ đ t được bộ thông số quá trình

tối ưu

Thực nghiệm được bố trí với 4 yếu tố thông số và 3 m c độ: nhiệt độ phun,

áp suất phun, áp suất đ ng khuôn và th i gian đóng khuôn

Density(g/cm3 ) 0.90-0.91

Melt flow index( g per 10

Modulus of elasticity( MPa) 4100

Charpy impact toughness(

2 Injection Pressure, B(MPa) 55 65 70

3 Packing Pressure, C(MPa) 35 45 60

Trang 20

5

Trong đ , S là độ co r t, Dm là kích thước khuôn, Dp là kích thước s n phẩm Trong nghiên c u trên, độ co r t được lấy 3 lần và tỉ số S/N được tính trên trung bình c a 3 độ co rút thí nghiệm

Giá trị co rút thấp là kết qu mong muốn đây nên tính chất tỉ số S/N theo chuẩn thấp hơn thì tốt hơn (L ) được áp dụng và tính toán:

Packing pressure (MPa)

Packing time (s)

Shrinkage (%) PP Average Shrinkage

(%) PP

S/N (dB)

PP Trial Trial Trail

Trang 21

6

ng 1.4 Giá trị co rút và tỉ số S/N cho nhựa PP

B ng đáp ng c a tỉ số S/N trong b ng 5, và bộ tham số kết hợp tốt nhất có th được xác định bằng cách chọn lựa m c có giá trị cao nhất cho mỗi yếu tố Kết qu

đ t được, bộ thông số tối ưu kết hợp cho PP là A3, B2, C3 và D3

Giá trị khác biệt trong b ng 5 nói lên yếu tố nào có nh hư ng nhi u nhất đến

độ co rút c a nhựa PP Áp suất đ ng khuôn là yếu tố có nh hư ng nhất đến PP theo sau b i th i gian đ ng khuôn, áp suất phun và nhiệt độ nhựa

S No temperature A Melt

(ºC)

Injection Pressure B (MPa)

Packing Pressure C (MPa)

Packing time (s)

Tỉ số S/N cao nhất c a mỗi yếu tố cho đi u kiện quá trình tối ưu, tương ng

với nhiệt độ nhựa 280°C, áp suất phun 65 Mpa, áp suất đ ng khuôn 60 Mpa và th i gian gi là 10 s

Hình 1.1 Tỉ số S/N với nhiệt độ nhựa (ºC)

Trang 22

7

Hình 1.2 Tỉ số S/N với áp suất phun

Hình 1.3 Tỉ số S/N với với áp suất đ ng khuôn

Hình 1.4 Tỉ số S/N với th i gian gi

- Qua các nghiên c u như trên, phương pháp quy ho ch thực nghiệm thống

kê c một vai trò quan trọng trong công nghiệp Một trong nh ng ng dụng quan trọng nhất c a phương pháp là tối ưu h a các quá trình s n xuất

- Do yêu cầu c a thị trư ng và ngư i tiêu d ng, các s n phẩm nhựa ngày

càng c các kết cấu, hình d ng ph c t p hơn, độ chính xác cao hơn

Trang 23

8

- Vì vậy, nhằm nâng cao chất lượng s n phẩm nhựa bằng cách tối ưu h a các thông số ép phun ng dụng phương pháp quy ho ch thực nghiệm, đ tài “Tối ưu

h a quá trình phân tích mô ph ng ép phun s n phẩm nhựa bằng phương pháp quy

ho ch thực nghiệm” được đ xuất nhằm:

+ Nâng cao chất lượng s n phẩm nhựa với nhi u yêu cầu s n phẩm đặt ra + C i thiện quá trình ép phun

+ Tăng kh năng ng dụng phương pháp quy ho ch thực nghiệm trong việc tối ưu hóa quá trình ép phun

1.1.1 Hi u s c v công ngh p phun

- Công nghệ ép phun (Injection moulding technology) là công nghệ phun nhựa

d o vào lòng khuôn dưới một áp lực lớn và được làm mát đ t o hình s n phẩm

- S n phẩm nhựa đa d ng từ đơn gi n đến ph c t p, kích thước lớn nh khác nhau, đây là một trong nh ng phương pháp đ t o ra các s n phẩm, đồ vật làm bằng nhựa: các s n phẩm tiêu d ng, s n phẩm kỹ thuật, đồ d ng trong y tế

Trang 24

9

Hình 1.6 Máy ép phun [1]

1.1.2.1 H th ng kẹp

1.1.2.1.1 Đặc đi m h th ng kẹp

- Các thớt khuôn ph i đ m b o an toàn trong quá trình kẹp

- Các thớt khuôn cần ph i luôn song song trong quá trình dịch chuy n

Trang 25

- Tấm di động (moverable platen): Là một tấm thép lớn với b mặt có nhi u

lỗ thông với tấm di động c a khuôn Chính nh các lỗ thông này mà cần đẩy có th tác động lực đẩy trên khuôn Ngoài ra, trên tấm di động còn có các lỗ ren đ kẹp

tấm di động c a khuôn Tấm này di chuy n tới lui dọc theo 4 thanh nối trong quá trình ép phun

- Tấm cố định (Stationary platen): Là một tấm thép lớn có nhi u lỗ thông với tấm cố định c a khuôn Ngoài 4 lỗ d n hướng và các lỗ c ren đ kẹp tấm cố định c a khuôn tương tự như tấm di động, tấm cố định còn có thêm lỗ vòng định vị đ định vị tấm cố định c a khuôn và đ m b o sự thẳng hàng gi a cần đẩy và cụm phun

- Nh ng thanh nối (Tie bars): Có kh năng co gi n đ chống l i áp suất phun khi kìm t o lực Ngoài ra còn có tác dụng d n hướng cho tấm di động

1.1.2.2 H th ng khuôn

Sau khi nhựa nóng ch y được phun vào khuôn, lực ép khuôn ph i đ lớn đ

đ ng khuôn tới khi nào nhựa nguội và đ ng r n sau đ khuôn được m đ lấy s n

phẩm ra

Trang 26

11

1.1.2.3 H th ng phun

- Gia nhiệt làm ch y các h t nhựa trong xylanh

- T o áp lực ép dòng nhựa n ng ch y vào trong khuôn

- Di chuy n được, c đ lực áp chặt vào khuôn đ không xì đầu lò

- Đưa nhựa vào khuôn thông qua các trình cấp nhựa, nén, kh khí, làm ch y, phun nhựa l ng và các định hình s n phẩm

1.1.2.3.3 Các ăng gia nhi t h at r an

ăng gia nhiệt gi p duy trì nhiệt độ khoang ch a đ nhựa bên trong khoang luôn tr ng thái ch y d o Thông thư ng, trên một máy ép nhựa c th c nhi u băng gia nhiệt (>3 băng) được cài đặt với các nhiệt độ khác nhau đ t o ra các v ng nhiệt độ thích hợp cho quá trình ép phun

1.1.2.3.4 Tr c vít scr w

- Nằm trong nòng

- Là bộ phận n p liệu, h a d o và đẩy nguyên vật liệu trong nòng vào khuôn

Trang 27

12

- C kh năng trộn n ng ch y tốt, tự làm s ch nhanh

- C nhi u lo i thiết kế khác nhau tuỳ vào lo i nguyên liệu

- C ch c năng nén, làm ch y d o và t o áp lực đ nhựa ch y d o vào lòng

khuôn

Hình 1.10 Cấu t o trục vít [1]

1.1.2.3.5 B h i t h non-return assembly)

- ộ phận này gồm vòng ch n hình nêm, đầu trục vít Ch c năng c a n là

t o ra dòng nhựa b n vào khuôn

- Khi trục vít l i v thì hình ch n hình nêm di chuy n v hướng vòi phun và cho phép nhựa ch y v trước đầu trục vít Còn khi trục vít di chuy n v phía trước thì vòng ch n hình nêm s di chuy n v hướng phễu và đ ng kín không cho nhựa

ch y ngược v sau

1.1.2.3.6 Vòi phun (Nozzle)

- C ch c năng nối khoang trộn với cuống phun và ph i c hình d ng b o

đ m bịt kín khoang trộn và khuôn Nhiệt độ vòi phun nên được cài đặt lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ ch y c a vật liệu Trong quá trình phun nhựa l ng vào khuôn, vòi phun ph i thẳng hàng với b c cuống phun và đầu vòi phun nén được l p kín với phần lõm c a b c cuống phun thông qua vòng định vị đ đ m b o nhựa không bị phun ra ngoài và tránh mất áp

Trang 28

- Quá trình đi u khi n có nh hư ng trực tiếp đến chất lượng sau cùng c a

s n phẩm và hiệu qu kinh tế c a quá trình ép, hệ thống đi u khi n giao tiếp với ngư i vận hành máy qua b ng đi u khi n (control panel) và màn hình máy tính (computer screen)

Hình 1.12 Hệ thống đi u khi n [1]

- Màn hình máy tính cho phép nhập các thông số gia công, trình bày các d

liệu c a quá trình ép phun, c ng như các tín hiệu báo động

- B ng đi u khi n gồm các công t c và nút nhấn d ng đ vận hành máy Một bàn đi u khi n gồm có nút nhấn đi u khi n bơm th y lực, nút nhấn t t nguồn điện hay dừng khẩn cấp và các công t c đi u khi n bằng tay

- Bên trong hệ thống đi u khi n là bộ vi x lý, các rơle, công t c hành trình, các bộ phận đi u khi n nhiệt độ, áp suất, th i gian

Trang 29

1.1.2.5.1 Thân máy (Frame)

Thân máy ép phun c ch c năng nâng đ các chi tiết và kết nối các chi tiết, các hệ thống c a máy ép l i với nhau

- Hệ thống này gồm t điện (electric power cabiner) và hệ thống dây d n

Trang 30

15

1.1.2.5 4 H th ng Ơm ngu i

- Hệ thống làm nguội cung cấp nước hay dung dịch ethyleneglycol đ làm nguội khuôn, dầu th y lực ngăn không cho nhựa thô cuống phễu (feed throat) bị

n ng ch y Vì khi nhựa cuống phễu bị n ng ch y thì phần nhựa thô phía trên kh

ch y vào khoang ch a liệu

- Nhiệt trao đ i cho dầu th y lực vào kho ng 90°F - 120°F ộ đi u khi n cung cấp một lượng nhiệt, áp suất, dòng ch y thích hợp đ làm nguội nhựa n ng trong khuôn

1.1.3 C u t o khuôn

1.1.3.1 Gi i thi u v khuôn

- Khuôn là một dụng cụ đ định hình một s n phẩm nhựa N được thiết kế sao cho c th được s dụng cho một số lượng chu trình yêu cầu

- Kích thước và kết cấu c a khuôn phụ thuộc vào kích thước và hình dáng

c a s n phẩm Số lượng s n phẩm yêu cầu c ng là một yếu tố rất quan trọng đ xem xét b i vì yêu cầu s n xuất lo t nh không cần đến lo i khuôn nhi u lòng khuôn hoặc lo i khuôn c kết cấu cao cấp

- Khuôn là một cụm gồm nhi u chi tiết l p với nhau, đ nhựa được phun vào, được làm nguội, rồi đẩy s n phẩm ra

- S n phẩm được t o hình gi a hai phần c a khuôn Kho ng trống gi a hai phần đ được đi n đầy b i nhựa và n s mang hình d ng c a s n phẩm

- Một phần là phần lõm vào s xác định hình d ng ngoài c a s n phẩm được gọi là lòng khuôn, phần xác định hình d ng bên trong c a s n phẩm được gọi là lõi

- Phần tiếp x c lõi và lòng khuôn được gọi là đư ng phân khuôn

- Ngoài lõi và lòng khuôn còn c các bộ phận khác c a khuôn

Trang 31

16

1.1.3.2 C u t o khuôn đ n gi n g m các ph n

Hình 1.14 Cấu t o bộ khuôn [2]

1) Tấm kẹp phía trước: kẹp phần cố định c a khuôn vào máy ép phun

2) Tấm kẹp phía sau: kẹp phần chuy n động c a khuôn vào máy ép phun 3) Tấm khuôn sau: là phần chuy n động c a khuôn, t o nên phần trong và phần ngoài c a s n phẩm

4) Tấm khuôn trước: là phần cố định c a khuôn, t o nên phần trong và phần ngoài c a s n phẩm

5) Vòng định vị: đ m b o vị trí thích hợp c a đầu phun với khuôn

6) c cuống phun: nối đầu phun và r nh d n nhựa

7) Hệ thống đẩy: d ng đ đẩy s n phẩm ra kh i khuôn khi khuôn m

1.1.4 Nguyên Ủ ho t đ ng c a máy p phun

- H t nhựa được ch a trong phễu cấp nhựa, khi trục vít quay s làm nhựa tiến

v phía trước, đồng th i gia nhiệt cho h t nhựa ch y d o Khi trục vít chuy n động tịnh tiến v phía trước, s hình thành áp suất và phun nhựa d o vào lòng khuôn

Trang 32

Hình 1.15 Nguyên lý ho t động c a máy ép phun [1]

1.1 5 Phơn o i máy p phun

1.1 5.1 Phơn o i th o c u tr c

- Máy ép ngang

- Máy ép dọc (ép đ ng)

- Máy ép phun nghiêng

- Máy ép phun nhi u chế độ quay

Trang 33

18

1.1.5 2 Phơn o i th o quá trình phát tri n

- Máy ép phun piston

- Máy đ c c cụm nhựa h a sơ bộ

- Máy ép phun có lo i vít xo n tiến l i

1.1.6 u, nh c đi m c a công ngh p phun

1.1 6.1 u đi m

- T o ra nh ng s n phẩm c th tích lớn với tốc độ cao, s n phẩm c b mặt

và c màu s c khác nhau, c tính cơ học d o hoặc các b mặt mang tính thẩm mỹ

- Các s n phẩm giống nhau c th ép b i các nguyên liệu khác nhau trên

c ng một thiết bị

- Phương pháp này c sai số rất nh

- T o ra nh ng s n phẩm c chi tiết rất nh , mà hầu hết không th chế t o bằng các phương pháp khác

- Lượng phế phẩm rất nh t i các đư ng r nh, c ng phun và s n phẩm bị lo i

b c th s dụng l i

- Tiết kiệm chi phí nguyên liệu, công lao động đòi h i thấp và quá trình được

tự động h a

1.1 6.2 Nh c đi m

- Máy ép, thiết bị và các thiết bị phụ trợ đ t (chi phí cho máy cao)

- Đi u khi n quá trình kh khăn

- Chất lượng s n phẩm phụ thuộc vào từng đợt nguyên liệu

- Nhiệt độ, áp suất trong quá trình đ c thay đ i liên tục và kh ki m soát

1.2 K T QU NGHIểN C U TRểN TH GI I VÀ VI T NAM

1.2.1 Trên th gi i

- Ngày nay s n phẩm nhựa đ chiếm một vị trí rất quan trọng, vật liệu nhựa ngày càng c nh ng tính chất ưu việt như v chất lượng, độ b n … do vậy mà ngành công nghiệp nhựa đ phát tri n rất nhanh trong th i gian qua, đặc biệt trong

đ ph i k đến ngành công nghiệp chế t o khuôn ép phun cho s n phẩm nhựa ra đ i

và cho ra vô số các s n phẩm với đ ki u dáng ch ng lo i phục vụ cho đ i sống c a con ngư i

Trang 34

19

- Công nghệ ép phun hiện nay được phát tri n rất m nh m , các s n phẩm được chế t o với độ chính xác cao, chất lượng tốt, đ là nh việc áp dụng CAE vào trong công nghệ ép phun

- Chang và Faison [8] nghiên c u sự co r t và tối ưu h a các chi tiết làm từ nhựa PS, HDPE và A S s dụng phương pháp Taguchi và phân tích phương sai

Họ khẳng định nhiệt độ nhựa và nhiệt độ khuôn c ng với áp suất gi khuôn và th i gian gi khuôn là nh ng yếu tố quan trọng nhất nh hư ng đến sự co r t c a ba lo i vật liệu nghiên c u

- Vaatainen [9] đi u tra nh hư ng c a thông số ép phun đến chất lượng c m quan c a s n phẩm s dụng phương pháp Taguchi Tập trung vào sự co r t với ba đặc tính gồm: khối lượng, đư ng hàn và vết lõm

- Mohd Muktar Alam, Deepak Kumar [10] đ tiến hành gi m co r t trong ép phun s dụng phương pháp Taguchi cho đầu đèn Tata Magic làm từ nhựa PP Trong nghiên c u này các thông số ép phun như nhiệt độ phun, áp suất phun, áp suất đ ng khuôn và th i gian đ ng khuôn được lấy đ c được sự kết hợp tốt nhất nhằm tối ưu h a quá trình

- T i Khoa Cơ khí và Kỹ thuật Xây dựng thuộc Đ i học Modena và Reggio Emilia (Ý) [11] đ ng dụng CAE vào trong việc phân tích mô ph ng sau đ mới đi chế t o s n phẩm là v hộp máy quay camera

Hình 1.16 V hộp máy quay camera [11]

1.2 2 T i Vi t Nam

Hiện nay công nghệ ép phun nước ta c ng đang phát tri n m nh, các s n phẩm rất phong ph , đa d ng v ki u dáng và kích thước, tuy nhiên qua quá trình

Trang 35

20

tìm hi u, tham kh o thì hiện nay nước ta việc ng dụng CAE đ phân tích mô

ph ng quá trình ép phun còn rất ít, s n phẩm được chế t o ch yếu dựa vào kinh nghiệm, tay ngh c a ngư i thợ và chưa chọn được nhiệt độ và áp suất tối ưu nhất

1.2.3 Tính c p thi t c a đ tƠi

- Hiện nay trong lĩnh vực phun ép nhựa, các thông số phun ép hầu hết được tham kh o từ một vài trư ng hợp thực tế và kinh nghiệm c a ngư i thợ Do đ , ngư i thợ vận hành máy ép phun chưa c cơ s rõ ràng, phần lớn v n còn chỉ theo kinh nghiệm

- Đ làm cho quá trình s n xuất được chính xác, tiết kiệm th i gian, chi phí, tránh phế phẩm thì ch ng ta cần phân tích mô ph ng quá trình ép phun đ chọn ra nhiệt độ và áp suất tối ưu nhất sau đ mới ép phun s n phẩm thực tế

- Từ các lý do trên, hướng nghiên c u c a đ tài là tối ưu h a quá trình phân tích mô ph ng ép phun s n phẩm nhựa bằng phương pháp quy ho ch thực nghiệm

1.2.4 ụ nghĩa khoa h c vƠ th c ti n c a đ tƠi

Trang 36

- Đánh giá sự nh hư ng c a nhiệt độ, áp suất đến độ chính xác c a chi tiết

- Mô ph ng phân tích quá trình ép phun trên phần m m Moldflow

- So sánh kết qu khi ép s n phẩm thực tế với kết qu mô ph ng

1.2.7.2 Gi i h n đ tƠi

Đ tài chỉ dừng l i việc so sánh độ cong vênh c a s n phẩm thực tế so với kết qu phân tích mô ph ng đ tìm ra nhiệt độ và áp suất tối ưu nhất theo phương vuông g c với dòng ch y, s n phẩm là nhựa PP, độ dày là 1 mm

1.2.8 Ph ng pháp nghiên c u

- D ng phương pháp quy ho ch thực nghiệm đ tìm ra s n phẩm c kích thước tốt nhất bằng cách thay đ i nhiệt độ và áp suất cho ph hợp

- Tiến hành phân tích mô ph ng s n phẩm trên phần m m Moldflow theo

đ ng nhiệt độ và áp suất khi ép s n phẩm thực tế

- So sánh kết qu c a s n phẩm thực tế khi ép với kết qu mô ph ng đ chọn

ra nhiệt độ và áp suất tối ưu nhất

Trang 37

22

Ch ng 2

C S Lụ THUY T2.1 THI T K S N PHẨM

2.1.1 Gi i thi u chi ti t

- Chi tiết là mặt trên c a bộ đi u khi n từ xa c a máy Projecter

- Chi tiết là d ng tấm m ng với kích thước 120 mm x 39,27 mm, độ dày là 1

mm, trên b mặt c a chi tiết c hốc, các lỗ c đư ng kính nh lớn khác khau

Hình 2.1 Chi tiết

2.1.2 Các c thi t k s n ph m

Hình 2.2 n v chi tiết

Trang 38

23

* B c 1: S dụng lệnh Extrude đ dựng một tấm hình ch nhật với kích

thước 120 mm x 39,27 mm và dày là 1 mm

Hình 2.3 Lệnh extrude

* B c 2: Tiếp tục s dụng các lệnh Extrude và Round đ t o các biên d ng

bên trong c a chi tiết

Hình 2.4 S n phẩm

Trang 39

24

2.1.3 Đặc tính v t i u, kh i ng, th tích s n ph m

2.1.3.1 Đặc tính v t i u ch t o

- S dụng nhựa PP (Polypropylen)

- Tính b n cơ học cao (b n xé và b n kéo đ t), khá c ng v ng, không m m

d o như PE, không bị kéo gi n dài do đ được chế t o thành sợi Đặc biệt kh năng

bị xé rách dễ dàng khi c một vết c t hoặc một vết th ng nh

- Trong suốt, độ b ng b mặt cao cho kh năng in ấn cao, nét in rõ

- Chịu được nhiệt độ cao hơn 1000C Tuy nhiên nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì PP (1400C) – cao so với PE – c th gây ch y hư h ng màng ghép cấu tr c bên ngoài, nên thư ng ít d ng PP làm lớp trong c ng

- C tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu m và các khí khác

- Hệ số co r t c a nhựa PP là 0,8 % (Hệ số co r t c a nhựa là % th tích nhựa

bị hao hụt khi đông đặc so với tr ng thái l ng Hệ số co rút gi p cho ngư i thiết kế tính toán kích thước hao hụt c a s n phẩm đ xác định đ ng kích thước c a lòng khuôn đ s n phẩm ép ra đ t được kích thước đ ng với yêu cầu c a khách hàng)

2.1.3.2 Kh i ng vƠ th tích

- Vào tab Analysis  chọn Mass properties  xuất hiện hộp tho i:

Hình 2.5 Hộp tho i Mass properties

Trang 40

+ Tính theo số lượng lô s n phẩm

+ Tính theo năng suất phun c a máy

+ Tính theo năng suất làm d o c a máy

+ Tính theo lực kẹp khuôn c a máy

- Thực tế bộ khuôn được thiết kế đ phục vụ cho việc nghiên c u nên đ dễ chế t o và tiết kiệm chi phí nghiên c u nên chỉ thiết kế với một lòng khuôn

2.2.2 Thi t k khuôn

2.2.2.1 T o mặt phơn khuôn cho chi ti t

- Chi tiết c d ng đơn gi n nên chỉ cần mặt phân khuôn đi qua một trong hai mặt phẳng c a chi tiết

- S dụng lệnh Extrude surface đ t o một mặt phẳng, chọn lệnh Extrude v một đư ng line đ thực hiện lệnh Extrude

Hình 2.6 Extrude Surface

Định dạng
Số trang	105
Dung lượng	6,3 MB