nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến độ bền kéo của sản phẩm nhựa dạng lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TUYÊN GIÁO NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG LƯỚI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TUYÊN GIÁO NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG LƯỚI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM SƠN MINH Tp Hồ Chí Minh, năm 2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: LÊ TUYÊN GIÁO Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/12/1985 Nơi sinh: Phú Thọ Quê quán: Phú Thọ Dân tộc: Kinh 520 tổ 28 – Khu phố – Long Bình Chỗ riêng địa liên lạc: Tân – Biên Hòa – Đồng Nai Điện thoại quan: 061 6296204 Điện thoại di động: 097.7178285 E_mail: letuyengiao@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo: từ 09/2003 đến 03/2008 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Ngành học: Công Nghệ Tự Động Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế gia công surface sử dụng phần mềm Inventor EdgeCAM Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: tháng 2/2008 – Hội đồng 2, Khoa Cơ khí chế tạo máy, Đai học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Người hướng dẫn : KS Dương Thị Vân Anh – Giảng viên Bộ môn Công nghệ tự động, Khoa Cơ khí chế tạo máy, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 03/2008 đến Trường Cao Đẳng Nghề LILAMA Giáo viên Khoa Cơ khí i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 03 năm 2015 Học viên Lê Tuyên Giáo ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu chương trình đào tạo sau đại học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, tác giả tiếp thu đúc kết nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn Với đề tài nghiên cứu hình thức luận văn thạc sỹ, tác giả vận dụng kiến thức học để giải vấn đề thực tế Đề tài tác giả nghiên cứu giải vấn đề lĩnh vực gia nhiệt cho lòng khuôn ứng dụng công nghệ ép phun tạo hình sản phẩm nhựa sử dụng thực tế Do tính đề tài nên tác giả gặp nhiều khó khăn trình thực hiện, nhiên với giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn TS Phạm Sơn Minh, thầy cô Khoa Cơ khí Chế tạo máy với hỗ trợ gia đình, bạn bè, đồng nghiệp Cho đến thời điểm luận văn tác giả đạt kết mong muốn Đến đây, cho phép tác giả gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM - Thầy TS Phạm Sơn Minh – Trưởng ngành Cơ khí chất lượng cao - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM - Các thầy: Th.S Trần Minh Thế Uyên, Th.S Trần Văn Trọn - Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM - Các bạn sinh viên Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM - Gia đình, bạn bè đồng nghiệp Một lần nữa, tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ động viên quý báu tất người Xin trân trọng cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 03 năm 2015 Học viên Lê Tuyên Giáo iii TÓM TẮT Trong qui trình phun ép nhựa, nhiệt độ khuôn cao có tác dụng tốt với chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, nhiệt độ khuôn cao dẫn đến thời gian giải nhiệt cho khuôn dài Do đó, trình gia nhiệt cho bề mặt khuôn đề xuất nhằm nâng cao nhiệt độ bề mặt khuôn trình nhựa điền đầy khuôn giúp thời gian giải nhiệt cho khuôn không kéo dài lâu Trong nghiên cứu này, phương pháp gia nhiệt cho khuôn từ bên với dòng khí nóng thực khuôn thực tế Kết nghiên cứu cho thấy với vùng gia nhiệt cục bộ, tăng nhiệt độ dòng khí nóng từ 200 0C đến 400 0C, nhiệt độ ổn định lòng khuôn tăng từ 90 0C đến 160 0C Với phương pháp mô phần mềm ANSYS, trình gia nhiệt khí nóng dự đoán xác với sai lệch nhiệt độ nhỏ 10 0C Bên cạnh đó, nhiệt độ lòng khuôn tăng việc giúp cho nhựa dễ điền đầy giúp tăng độ bền kéo sản phẩm nhựa thành mỏng đặc biệt sản phẩm có kết cấu dạng lưới Từ khóa: ép phun, gia nhiệt cục bộ, gia nhiệt khuôn khí, điều khiển nhiệt độ cho lòng khuôn, thành mỏng, sản phẩm dạng lưới, độ bền kéo ABSTRACT In injection molding field, the high mold temperature shows many advantages with the product quality However, higher mold temperature will lead to the longer cooling time Therefore, the external gas – assisted mold temperature control (Ex – GMTC) was presented for raising the mold surface temperature in the filling step, and let the cooling step not too long In this research, the Ex – GMTC was achieved with a real mold Results show that, with the local heating area, when the gas temperature rises from 200 0C to 400 0C, the stable temperature of the mold surface will increases from 90 0C to 160 0C By simulating with ANSYS software, iv the heating process could be predicted with the the error is lower than 10 0C Besides, increasing mold surface temperature not only supports plastics to fill up mold cavity easily but also increases the tensile strength of thin – wall plastic products, especially meshing products Keywords: Injection molding, local heating, gas assisted mold heating, temperature control for mold cavity, thin – wall, meshing product, tensile strength v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách hình ix Danh sách bảng xiv Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung 1.2 Mục đích đề tài 10 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 10 1.4 Phương pháp nghiên cứu 11 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Giới thiệu công nghệ ép phun 12 2.2 Quá trình truyền nhiệt 17 2.3 Lý thuyết độ bền kéo cho sản phẩm nhựa đùn, ép 20 Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG 21 3.1 Lưu đồ thực công việc 21 3.2 Sản phẩm mẫu thử 22 3.3 Kết cấu khuôn 23 3.4 Giới thiệu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép khí 30 3.5 Mô nhiệt sử dụng phần mềm ANSYS 36 Chƣơng 4: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ vi 42 4.1 Thí nghiệm gia nhiệt đo nhiệt độ lòng khuôn 42 4.2 Ép sản phẩm 48 4.3 Thí nghiệm kéo mẫu thử 52 4.4 Xử lý số liệu xác định độ bền kéo sản phẩm 57 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 64 5.1 Kết đạt sau làm luận văn 64 5.2 Hướng phát triển luận văn tương lai 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 68 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ex - GMTC External Gas – Assited Mold Temperature Control CAE Computer Aided Engineering GMTC Gas – Assisted Dynamic Mold Temperature Control RHCM Rapid Heat Cycle Molding AISI American Iron and Steel Institute AMPCO American Metal Products Company SW SHINE WELL PA PolyAmide PTFE PolyTetraFluoroEthylene CB Circuit Breaker viii (5-0.6) 0.05 Rz3.2 M3x0.5 1,5 0,6 E E ( 12 : ) 1 10 0.1 0,8 1 25 0.1 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh 8:1 MIENG NHOM 0.6 NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y T l : Ng y: Dung sai: V t li u: ISO 2768-m ALUMINIUM (5-0.8) 0.05 A ( 12 : ) 1 10 0.1 M3x0.5 1,5 0,8 A Rz3.2 25 0.1 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh 8:1 MIENG NHOM 0.8 NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y T l : Ng y: Dung sai: V t li u: ISO 2768-m ALUMINIUM 10 0.1 Rz 3.2 A-A ( : ) 11 0.1 (5-0.4) 0.05 A A 2xM3x0.5 12 25 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y Ng y: T l : 8:1 KHOI NHUA CHO MIENG NHOM 0.4 Dung sai: V t li u: ISO 2768-m BAKELIT PLASTIC Rz3.2 10 0.1 A-A ( : ) 11 0.1 (5-0.6) 0.05 A A 2xM3x0.5 12 25 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y Ng y: T l : 8:1 KHOI NHUA CHO MIENG NHOM 0.6 Dung sai: V t li u: ISO 2768-m BAKELIT PLASTIC Rz3.2 10 A-A ( 8: ) 11 0.1 (5-0.8) 0.05 A A 2xM3x0.5 12 0.1 25 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y Ng y: T l : 8:1 KHOI NHUA CHO MIENG NHOM 0.8 Dung sai: V t li u: ISO 2768-m BAKELIT PLASTIC 0.05 A Rz 3.2 0.05 A 11 0.1 0.4 A 23 0.1 4 l M8 A 17 25 11 0.1 17 R5 23 0.1 A A-A ( : ) 50 15 80 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh Ng y: 2:1 KHOI INSERT NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y T l : Dung sai: V t li u: ISO 2768-m C45 0.4 30 10 Thi t k : L Tuy n Gi o TR 35g6 33 27 25K7 Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh Ng y: KH CH T O M Y T l : 2:1 BAC DAN HUONG NG HSPKT TPHCM KHOA C Ng y: Dung sai: V t li u: ISO 2768-m SKH51 19 14 Thi t k : L Tuy n Gi o TR 12,4 3,6 Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh Ng y: KH CH T O M Y T l : Ng y: 2:1 CHOT DAN HUONG NG HSPKT TPHCM KHOA C 23 21,5 24 25h6 30 0.4 Dung sai: V t li u: ISO 2768-m SKH51 0.4 227.6 180 E ( 2: ) A A-A ( : ) R4 R3 80 0.15 58 15 50 F R3 0.05 B F(1:1) R4 R12.5 70 60 0.15 74 0.15 20 A R3 R4 4x 31 B R1 4x 4x 14 0.05 A A 23 108 0.15 111 0.15 224 0.2 240 0.2 4x 14 25 4xM16 4x 25 8.5 E 35 92 144 0.2 150 0.2 200 12 4x 31 280 Thi t k : L Tuy n Gi o TR NG KHOA C Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh Ng y: 1:1 KHUON DI DONG HSPKT TPHCM KH CH T O M Y T l : Dung sai: V t li u: ISO 2768-m C45 Rz 3.2 B B 48 280 B-B ( : ) 65 2x 17 0.05 86 108 0.15 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh Ng y: 1:2 TAM DO NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y T l : Dung sai: V t li u: ISO 2768-m CT3 Rz 3.2 15 10 4x 13 30 0.1 100 35 4x 180 0.2 50 280 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh Ng y: 1:2 TAM DAY NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y T l : Dung sai: V t li u: ISO 2768-m CT3 Rz 3.2 4xM8x1.25 A 4x 11 15 15 4x 20 4x 4x 10 0.05 A 30 0.1 60 0.15 74 0.15 100 4x 15 111 0.15 180 0.2 240 0.2 280 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh Ng y: 1:2 TAM GIU NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y T l : Dung sai: V t li u: ISO 2768-m CT3 Rz 3.2 A-A ( : ) 50 150 0.05 50 A A 50 0.05 A A 86 108 0.05 25 280 17 17 26 Thi t k : L Tuy n Gi o TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh Ng y: 1:2 TAM KEP SAU NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y T l : Dung sai: V t li u: ISO 2768-m CT3 19 13 15 17 20 16 18 11 14 23 22 24 21 PARTS LIST ITEM QTY PART NUMBER 1 TAM KEP SAU 2 TAM DO BU LONG TAM KEP SAU KHUON DI DONG CHOT DAN HUONG TAM GIU TY DAY TY DAY XUONG KEO CHOT HOI TAM DAY 10 11 LO XO BU LONG TAM DAY 12 13 KHUON CO DINH 14 BAC DAN HUONG 15 TAM KEP TRUOC BAC CUONG PHUN 16 17 BU LONG TAM KEP TRUOC 18 VONG DINH VI BCP 19 BU LONG KHOI INSERT 20 BU LONG VONG DINH VI 21 KHOI INSERT 22 KHOI NHUA 23 24 25 Thi t k : L Tuy n Gi o 12 10 25 TR Ph t: Ki m tra: TS Ph m S n Minh NG HSPKT TPHCM KHOA C KH CH T O M Y 2 MIENG NHOM IS 2269 - M3 x IS 2269 - M3 x 12 Ng y: Ng y: MATERIAL CT3 CT3 SS 440C C45 KSH51 CT3 SS 440C SS 440C SS 440C CT3 SWOTS SS 440C C45 KSH51 CT3 CT3 CT3 CT3 SS 440C SS 440C C45 BAKELIT PLASTIC ALUMINIUM STEEL, MILD STEEL, MILD T l : 1:4 B N V PH N R KHU N S K L 0 [...]... thủy tinh) Hình 4.16: Biểu đồ độ bền kéo theo nhiệt độ lòng khuôn (nhựa PA 6) xii 58 Hình 4.17: Biểu đồ độ bền kéo theo chiều dày lưới của sản phẩm (nhựa 58 PA 6) Hình 4.18: Biểu đồ độ bền kéo theo nhiệt độ lòng khuôn (nhựa PA 6 + 59 30 % sợi thủy tinh) Hình 4.19: Biểu đồ độ bền kéo theo chiều dày lưới của sản phẩm (nhựa 59 PA 6 + 30 % sợi thủy tinh) Hình 4.20: Đồ thị mô tả phương trình thực nghiệm thể... Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết: - Công nghệ ép phun - Quá trình truyền nhiệt - Vật liệu nhựa và thuộc tính - Lý thuyết về độ bền kéo của sản phẩm nhựa - Xử lý số liệu thực nghiệm 1.4.2 Nghiên cứu thực nghiệm: - Ép các mẫu sản phẩm nhựa trên máy ép nhựa SW – 120B (phụ lục 5) - So sánh, phân tích giá trị nhiệt. .. giữa nhiệt độ lòng khuôn và độ bền kéo (cho sản phẩm nhựa PA 6 với chiều dày lưới 0,4 mm) Hình 4.21: Đồ thị mô tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan 62 hệ giữa nhiệt độ lòng khuôn và độ bền kéo (cho sản phẩm nhựa PA 6 + 30 % sợi thủy tinh với chiều dày lưới 0,4 mm) Hình 4.22: Đồ thị mô tả phương trình thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ lòng khuôn và độ bền kéo (cho sản phẩm nhựa. .. đánh giá, tiến hành áp dụng thực tế sản xuất 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài - Tìm hiểu về công nghệ ép phun và ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến chất lượng sản phẩm: cụ thể là khảo sát độ bền kéo của các mẫu ép nhựa - Giới thiệu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng - Giới thiệu kết cấu khuôn cho thanh chịu kéo (Tensile bar) - Thiết kế, chế tạo... Hình 4.11: Sản phẩm có chiều dày lưới 0,8 mm ứng với các mức nhiệt 51 độ lòng khuôn 30 0C/ 60 0C/ 9 00C Hình 4.12: Biểu đồ lực kéo theo bề dày lưới của sản phẩm (nhựa PA 6) 54 Hình 4.13: Biểu đồ lực kéo theo nhiệt độ lòng khuôn (nhựa PA 6) 54 Hình 4.14: Biểu đồ lực kéo theo chiều dày lưới của sản phẩm (nhựa PA 55 6 + 30 % sợi thủy tinh) Hình 4.15: Biểu đồ lực kéo theo nhiệt độ lòng khuôn (nhựa PA 6... cho phép sản xuất ra sản phẩm có chi tiết rất nhỏ, mà hầu hết không thể chế tạo bằng phương pháp khác Lượng phế phẩm rất nhỏ tại các đường rãnh, cổng phun và sản phẩm bị loại có thể sử dụng lại Công nghệ mang tính tiết kiệm chi phí nguyên liệu 2.1.2 Khái niệm về công nghệ ép phun Công nghệ ép phun là phương pháp gia công tạo sản phẩm bằng phương pháp gia nhiệt vật liệu nhựa đến một nhiệt độ thích hợp... khác nhau Đối với nhựa nhiệt dẻo thì nhiệt độ khuôn thấp hơn nhiệt độ nhựa lỏng Đối với nhựa nhiệt rắn thì nhiệt độ khuôn cao hơn nhiệt độ nhựa lỏng  Vùng tạo hình của khuôn được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng lực của pittong đúc gián tiếp qua nhựa lỏng  Tùy theo hình dáng hay kích thước của sản phẩm mà chu kỳ ép thay đổi từ mấy giây đến mấy chục phút  Gia công bằng công nghệ ép... Giới hạn của đề tài - Chỉ khảo sát độ bền kéo của các mẫu sản phẩm nhựa dạng lưới - Sản phẩm được tạo hình thông qua công nghệ ép phun - Chiều dày lưới lần lượt là: 0,4 mm, 0,6 mm và 0,8 mm - Chỉ sử dụng hệ thống gia nhiệt bằng khí với một vòi phun từ bên ngoài cho lòng khuôn - Các mức nhiệt độ gia nhiệt lòng khuôn lần lượt là: 30 0C, 60 0C, 90 0C, 120 0 C, 150 0C Trang 11 - Chỉ sử dụng các loại nhựa PA... hợp được thiết kế cho mô phỏng đáp ứng nhiệt của các hệ thống RHCM Trang 9 Hình 1.11: Các đáp ứng nhiệt tại điểm ’B’ nằm tại tâm của bề mặt lòng khuôn trong suốt quá trình nung nóng RHCM Trang 10 1.2 Mục đích của đề tài - Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ bền kéo của mẫu sản phẩm dạng lưới có chiều dày khác nhau, được tạo hình sử dụng hai loại vật liệu nhựa Với kết quả thu thập đã được so... công nghệ phun nhựa nóng chảy được định lượng chính xác vào trong lòng khuôn đóng kín với áp lực cao, tốc độ nhanh và sau một thời gian ngắn sản phẩm được định hình, sản phẩm được lấy ra ngoài Sau đó tiếp tục chu kỳ tiếp cho sản phẩm thứ hai Thời gian từ lúc đóng khuôn, phun nhựa, thời gian định hình sản phẩm, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, đóng khuôn lại gọi là chu kỳ của một lần ép sản phẩm Ngoài những