Nghiên cứu giải quyết vấn đề cân bằng dòng chảy trong khuôn nhiều sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐOÀN LÊ NGỌC PHI LÂN NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CÂN BẰNG DÒNG CHẢY TRONG KHUÔN ÉP PHUN NHIỀU SẢN PHẨM CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY Mà SỐ NGÀNH: 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, năm 2003 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ⎯ ⎯ ™™™ ⎯ ⎯ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: PGS.TS NGUYỄN THANH NAM Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, tháng 12 năm 2003 Có thể tìm hiểu luận văn Thư Viện Cao Học - Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày tháng năm 2003 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : ĐOÀN LÊ NGỌC PHI LÂN Phái: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 24 / / 1975 Nơi sinh: QUẢNG NAM Chuyên ngành : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Mã số: 2.01.00 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CÂN BẰNG DÒNG CHẢY TRONG KHUÔN ÉP PHUN NHIỀU SẢN PHẨM II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân dòng chảy khuôn Xây dựng mô hình phân tích dòng chảy khuôn Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân dòng chảy III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: / / 2003 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30 / 09 / 2003 V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH TS PHẠM NGỌC TUẤN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS TS TRẦN DOÃN SƠN Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC tháng năm 2003 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH -4- LỜI CẢM ƠN Trong thực luận văn này, nhận giúp đỡ tận tình Thầy, Cô bạn đồng nghiệp Hôm nay, luận văn hoàn thành, xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến: Cán hướng dẫn: PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh tận tình giúp hoàn thành luận văn Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Trần Doãn Sơn Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam Đã dành thời q báu để duyệt cho ý kiến đóng góp giúp luận văn hoàn thiện Quý Thầy-Cô giảng dạy môn khóa học nhiệt tình truyền thụ kiến thức hữu dụng cho luận văn mà cho công tác sau Quý Thầy-Cô Trường kỹ thuật Cao Thắng tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập nghiên cứu Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn chia sẻ niềm vui đến gia đình người thân giúp đỡ, động viên, hỗ trợ khích lệ tinh thần cho suốt trình học tập thực luận văn Cuối lời, xin kính chúc Quý thầy-cô, bạn đồng nghiệp sức khỏe thành đạt Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2003 Người thực luận án Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn cao học -5- LỜI NÓI ĐẦU Ép phun dạng công nghệ gia công nhựa phổ biến Theo thống kê Hiệp Hội Nhựa giới, chi tiết máy làm vật liệu nhựa chiếm gần 25% tổng số loại chi tiết máy Sản phẩm chế tạo từ công nghệ ép phun đa dạng hình dáng, kích thước Đối với sản phẩm có hình dáng phức tạp kích thước lớn, khuôn chế tạo khoang tạo hình Với sản phẩm có kích thước nhỏ, khuôn chế tạo nhiều khoang tạo hình nhằm giảm chi phí sản xuất-hạ giá thành sản phẩm-nâng cao khả cạnh tranh Tuy nhiên khuôn có nhiều khoang tạo hình, dòng chảy thường không cân Khi thời gian áp suất điền đầy khoang tạo hình không nhau, số khoang tạo hình điền đầy số khoang tạo hình khác trình điền đầy tiếp tục Kết tính đồng nhất, đẳng hướng vật liệu khoang tạo hình khác nhau, chất lượng sản phẩm loạt sản xuất không giống Dòng chảy khuôn gọi cân chúng điền đầy khoang tạo hình thời gian áp suất Cân dòng chảy khuôn toán phức tạp Giải vấn đề chất lượng sản phẩm loạt ép Nghóa hình dáng, kích thước tính lý - hoá sản phẩm loạt sản xuất giống Điều giúp cho nhà sản xuất cạnh tranh chất lượng giá thành sản phẩm Ở nước phát triển giới, vấn đề dòng chảy cân khuôn nhà khoa học nghiên cứu từ năm 1971, mà khởi đầu nói kỹ sư người Mỹ Colin Austin (Người sở hữu phần mềm phân tích mô tiếng giới - Moldflow) Cho đến cuối thập niên 90 kỷ XX, có hàng loạt phần mềm phân tích dòng chảy nhựa dẻo C-Mold, Moldex, Simpoe-Mold, Masterflow… đời Đặc biệt nay, hãng Moldflow cho phiên MPI 3.1 (Molflow Plastic Insight), kết tích hợp phần mềm tiếng C-Mold Moldflow, giúp cho người thiết kế khuôn giải việc cân dòng chảy khuôn Việt Nam, trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, vấn đề phân tích dòng chảy khuôn nói chung vấn đề cân dòng chảy nói riêng gần quan tâm, lý mà tác giả luận văn PGS-TS Đoàn Thị Minh Trinh thầy cô khoa Cơ khí phân công đề tài cho luận văn thạc só là: Nghiên cứu giải vấn đề cân dòng chảy khuôn ép phun nhiều sản phẩm Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só -6- Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu luận văn Mục đích luận văn: Nghiên cứu giải vấn đề cân dòng chảy khuôn ép phun nhiều sản phẩm Để thực mục đích nêu trên, nhiệm vụ thực phạm vi luận văn bao gồm: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân dòng chảy khuôn Xây dựng mô hình phân tích dòng chảy khuôn Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân dòng chảy Nội dung nghiên cứu tóm tắt sau: Phần A: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân dòng chảy khuôn Phần khảo sát chất dòng chảy nhựa dẻo khuôn qúa trình điền đầy khoang tạo hình Trên sở xác định điều kiện cân bằng, yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân dòng chảy khuôn Phần B: Xây dựng mô hình phân tích dòng chảy khuôn Phần xây dựng phương trình phân tích dòng chảy khuôn như: cuống phun, kênh nhựa, miệng phun khoang tạo hình Những phương trình phân tích phương trình áp suất, lưu lượng, vận tốc, tốc độ cắt, ứng suất cắt Chúng công cụ toán học giúp cho tác giả luận văn tìm mối liên hệ yếu tố ảnh hưởng đến vấn đề cân dòng chảy khuôn, để từ xây dựng giải pháp thiết kế đảm bảo dòng chảy khuôn cân Phần C: Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân dòng chảy Phần này, luận văn đưa giải pháp thiết kế đảm bảo cân dòng chảy khuôn-đó thay đổi đường kính kênh dẫn nhựa, đồng thời xây dựng qui trình cài đặt thông số công nghệ đảm bảo giá trị tính toán chọn lựa trình thiết kế Giá trị đường kính kênh dẫn nhựa tìm từ giải pháp đáp ứng hai yêu cầu thực tiển đảm bảo dòng chảy khuôn cân vật liệu nhựa tiêu hao kênh dẫn hợp lý Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só -7- SUMMARY “Study on the flow blancing problem of injection molding process in multi-cavity mold” Injection molding technology is very popular in the world and Viet Nam According to the International plastic Association, 25% of machine details has been replaced by plastics product Today, because of require about quality, quantity and cost of product, we are people reseaching science and technology, that study continuously to optimize the operating process In this thesis, the writer has studied the flow blancing process in multi-mold with the purpose is that: “All lot products must be the same” It mean that, the peformance, dimension and the other particular must be similar To reach this purpose, there are many aims to be performed With the limit of time and writer knowledge, the balancing of flow in mold is found by designing the runner system, specially the diameter, accompanying the condition of balancing temperature and flow in the each cavity The thesis includes parts and chapters that presented following details: Part A: Study on the factors, affecting the flow balancing conditions in the mold Chapter 1: The condition to balance the melt flow in multy-cavity mold Chapter 2: Study on the factors, affecting the flow balancing conditions Part B: Building the mathematical model in order to analyse the melt flow Chapter 3: Building the formula for analyzing the mold-plastics flow Part C: Finding out the designed solution to balance the melt flow in multy-cavity mold Chapter 4: The method to solve the problems Chapter 5: The process of setting up the technical parameters to balance the melt flow Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só MỤC LỤC Phần A: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân 10 dòng chảy khuôn Chương 1: Điều kiện cân dòng chảy khuôn nhiều sản phẩm 11 1.1 1.2 1.3 Dòng nhựa chảy dẻo khuôn Quá trình điền đầy sản phẩm Điều kiện cân dòng chảy khuôn nhiều sản phẩm 12 14 16 Chương 2: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân dòng chảy 20 2.1 2.2 2.3 2.4 21 22 26 41 Hình học sản phẩm Vật liệu nhựa Chế độ công nghệ Kết cấu khuôn Phần B: Xây dựng mô hình phân tích dòng chảy khuôn 50 Chương 3: Xây dựng phương trình phân tích dòng chảy nhựa dẻo khuôn ép phun 51 3.1 3.2 3.3 3.4 Mô hình dòng chày khuôn ép phun Dòng chảy ống tròn Dòng chảy mỏng song song, có khoảng cách nhỏ Dòng chảy ống có đường kính thay đổi 52 52 60 68 Phần C : Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân dòng chảy Chương 4: Phương pháp giải toán cân dòng chảy 72 4.1 4.2 4.2 74 75 Qui trình thiết kế đảm bảo cân dòng chảy khuôn Một số phương pháp thiết kế đường kính kênh nhựa Phương pháp thiết kế đường kính kênh nhựa đảm bảo cân dòng chảy Đoàn Lê Ngọc Phi Lân 83 Luận văn Thạc só Chương 5: Qui trình xác lập chế độ công nghệ đảm bảo cân dòng chảy 5.1 5.2 107 Cửa sổ chế độ công nghệ ép phun Qui trình xác lập chế độ công nghệ 108 109 Phần D: Kết Luận 119 Phần E: Phụ Lục 121 Phụ lục I: Bảng số MFI 122 Phụ lục II: Đồ thị quan hệ độ nhớt / MFI tốc độ cắt / MFI 124 Phụ lục III: Đồ thị quan hệ độ nhớt tốc độ cắt 127 Tài liệu tham khảo 132 Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 10 Phần A NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG DÒNG CHẢY TRONG KHUÔN Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 119 Phần D KẾT LUẬN Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 120 Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu vấn đề cân dòng chảy khuôn ép phun nhiều sản phẩm, luận văn đạt số kết sau: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân dòng chảy khuôn Xây dựng mô hình phân tích dòng chảy khuôn Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân dòng chảy Điều kiện cân dòng chảy khuôn nhiều sản phẩm thời gian điền đầy khoang tạo hình độ chênh áp dòng chảy phải Khi nhóm yếu tố: vật liệu nhựa, hình học sản phẩm, chế độ công nghệ kết cấu khuôn ảnh hưởng đến cân dòng chảy Mô hình dòng chảy cuống phun, hệ thống kênh dẫn khoang tạo hình xây dựng mô hình dòng chảy ống tròn có đường kính thay đổi, ống tròn khe hẹp có khoảng cách nhỏ Kết giúp có công cụ toán học để khảo sát mối quan hệ thông số dòng chảy như: lưu lượng, áp suất, vận tốc, tốc độ cắt ứng suất cắt với kích thước hệ thống kênh dẫn, Từ sở luận văn đưa giải pháp thiết kế đảm bảo dòng chảy khuôn cân Luận văn đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân dòng chảy khuôn nhiều sản phẩm thay đổi đường kính kênh dẫn nhựa Nghóa đường kính kênh nhựa thiết kế đảm bảo điều kiện: độ chênh áp dòng chảy giá trị áp suất lớn cần tiêu hao kênh nhựa Khi dòng chảy nhựa dẻo khuôn điền đầy khoang tạo hình thời gian áp suất Điều làm cho chất lượng sản phẩm loạt ép giống nhau, giảm thiểu vật liệu tiêu hao kênh nhựa Do hạn chế thời gian nguồn tài liệu tham khảo, luận văn xây dựng mô hình dòng chảy khoang tạo hình có hình dáng đơn giản hình hộp chữ nhật Trong tương lai, hướng phát triển luận văn: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp phần tử biên vào việc phân tích, mô dòng chảy nhựa dẻo khuôn ép phun Từ phân tích dòng chảy khoang tạo hình có hình dáng Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2003 Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Đoàn Thị Minh Trinh: Công nghệ CAD/CAM, 1998 Trần Chấn Chỉnh- Lê thị Minh Nghóa: Cơ học chất lỏng kỹ thuật, 1996 Vũ Hoài n: Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa, 1994 Hiệp Hội Nhựa Tp.HCM: Kỹ thuật viên ngành nhựa - nhà quản lý, 1999 Kyu-tack han: Machining technology of mould die Pukyong national university, korea Brent strong: Materials and processing.Brigham young-university Gunter mannig: Mold- making handbook Donald G.Baird: Polymer Processing Natti S.Rao:Desidn Formulars for Plastics Engineers S.y.chiou: SIMPOE-MOLD reference guide, 1995 Moldflow design C-Mold document 12.1 C-Mold designe guide 12.2 C-Mold reference manual 12.3 C-Mold Filling & Post-Filling User's Guide 12.4 C-Mold help [13] Tài liệu truy cập mạng 13.1 http://www.google.com 13.2 http://www.c-mold.com 13.3 http://www.geplastics.com 13.4 http://www.meltplipper.com 13.5 http://www.balasainet.com/members/pcbolur/machine1.html 13.6 http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj/int_bas.html#material 13.7 http://www.balasainet.com/members/pcbolur/problems.html 13.8 http://www.dow.com/engineeringplastics/tech/guide 13.9 http://www.engr.uiuc.edu/publications/engineering_research 13.10 http://www.stthomas.edu/technology 13.11 http://www.me.umn.edu/courses/me3221-sum/Labs/InjMolding 13.12 http://www.scudc.scu.edu/cmdoc/mv_doc/03_M_Techniques 13.13 http://www.univ-perp.fr/mtns2000 Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn cao học 121 Phần E PHỤ LỤC Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 122 Phụ lục I Giá trị số khối lượng dòng chảy Tables of Mass Flow Index Polymer LDPE Low Density Polyethylene Grade Indothene 22FA002 175 190 205 Indothene 24MA040 175 190 205 175 190 205 175 190 205 175 190 205 175 190 205 170 180 190 200 210 220 175 190 205 Indothene 26MA200 Indothene 26MA200 HDPE High Density Polyethylene g Temp oC MFI 10 Hostalen GD5740 Hostalen GD6260 Marlex EHM606 Alathon Đoàn Lê Ngọc Phi Laân 0.15 0.20 0.25 3.0 4.0 5.0 15.0 20.0 25.0 15.0 20.0 25.0 0.35 0.45 0.57 2.3 3.0 3.7 0.54 0.64 0.75 0.88 1.0 1.2 2.4 2.9 4.4 Polymer Grade Amoco PP 10-1046 Polypropylene Amoco 10-6016 PS Polystyrene Amoco H5M Amoco G2 Acrylic Lucite 40 Plexiglass V-100 Implex A Kralastic MH ABS AcrylonitrileButadieneABS1 Styrene ABS2 g Temp oC MFI 10 200 230 250 3.7 6.3 10.0 200 230 250 210 230 250 210 230 250 220 240 260 170 190 210 230 190 210 230 180 200 220 21 21 3.9 6.5 10.3 15.4 47.7 121.0 27.4 85.1 215.0 1.12 4.9 19.6 0.03 0.3 1.8 7.9 0.007 0.036 0.16 0.9 4.2 12.3 Luận văn Thạc só 123 Tables of Mass Flow Index Polymer Nylon Grade Nylon Plaskon 8201 Plaskon 8205 Zytel 101NC10 PVC Polyvinyl Chloride PVC-450 No Additives PVC A with Stabiliz PC Polycarbonate Lexan 140 PET Polyethylene terephthalate VFR 4716A Đoàn Lê Ngọc Phi Lân g Temp oC MFI 10 230 250 270 231 260 288 260 268 288 280 290 300 193 199 214 180 190 200 210 250 270 290 240 250 260 8.2 16.7 30.6 5.0 13.7 29.5 1.9 2.5 4.0 49 63 80 0.3 0.4 2.4 1.7 9.3 27.0 69.0 1.3 3.5 6.1 2.4 2.9 4.4 Polymer Grade Noryl PPO Polyphenylene 731 Oxide Noryl-N 110 Noryl-SE 100 Noryl-SE1 8205 Noryl-PX 1112 Noryl-PX 1180 Ultem PEI 1000 Polyetherimide g Temp oC MFI 10 260 280 300 320 240 260 280 300 250 280 300 320 260 280 300 240 260 280 300 240 260 280 300 355 375 395 4.9 12.3 14.7 30.4 5.9 19.4 39.3 59.9 16.7 34.9 53.9 93.2 6.87 13.7 25.5 8.83 16.2 28.9 49.1 9.81 20.2 44.1 63.7 8.34 22.08 39.25 Luận văn Thạc só 124 Phụ lục II Đồ thị quan hệ độ nhớt/MFI tốc độ cắt/MFI Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 125 Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 126 Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 127 Phụ lục III Đồ thị quan hệ độ nhớt tốc độ cắt theo nhiệt độ Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 128 Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 129 Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 130 Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 131 Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn Thạc só 133 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Năm sinh: 24-06-1975 Nơi sinh: Quảng Nam Địa liên lạc: - 29/4D Phan Văn Hớn, Phường Tân Thới Nhất, Q12, Tp.HCM - Điện thoại : 0908.11.60.88 Quá trình đào tạo: 1994-1999: Học đại học ngành Chế Tạo Máy trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM 2001-2003: Học cao học ngành Chế Tạo Máy trường Đại học Bách Khoa Tp HCM Nơi công tác nay: Trường kỹ thuật Cao Thắng- 65 Huỳnh Thúc Kháng, Q1, Tp HCM Đoàn Lê Ngọc Phi Lân Luận văn cao học ... 2.01.00 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CÂN BẰNG DÒNG CHẢY TRONG KHUÔN ÉP PHUN NHIỀU SẢN PHẨM II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân dòng chảy khuôn Xây... phun 1.3 Điều kiện cân dòng chảy khuôn nhiều sản phẩm Dòng chảy khuôn gọi cân chúng điền đầy khoang tạo hình thời gian áp suất Cân dòng chảy khuôn giúp cho nhà sản xuất giải vấn đề dồn nén khí,... Phần A: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân 10 dòng chảy khuôn Chương 1: Điều kiện cân dòng chảy khuôn nhiều sản phẩm 11 1.1 1.2 1.3 Dòng nhựa chảy dẻo khuôn Quá trình điền đầy sản phẩm