3.3.1. Máy ép nhựa
Quá trình thực nghiệm được tiến hành với máy ép nhựa tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh (Số 01, Võ Văn Ngân, Linh Chiểu, quận Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh)
Hình 3.16. Máy ép nhựa
Cấu tạo khối gia nhiệt cho khí gồm 3 tấm gia nhiệt là tấm gia nhiệt trên, tấm gia nhiệt giữa, tấm gia nhiệt dưới để gia nhiệt cho khí khi đi qua nó và 16 thanh điện trở cung cấp nhiệt cho các tấm gia nhiệt. Các tấm gia nhiệt cho khí: được làm bằng vật liệu thép CT3 và được gia công chế tạo trên máy CNC. Các thanh gia nhiệt có công suất 200 W
Hình 3.17. Khối gia nhiệt cho khí
Hình 3.18. Điện trở công suất 200W
3.3.3. Tay máy
Để điều khiển vị trí của khối block tới vị trí gia nhiệt cần thiết, tay máy 1 bậc tự do được sử dụng với cấu tạo chính gồm:
- Khung đỡ
- Bo mạch điều khiển nhiệt độ - Các cảm biến nhiệt
Chương 4. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm 4.1. Kết quả mô phỏng quá trình gia nhiệt
Hình 4.1 cho thấy phân bố nhiệt độ tại bề mặt của tấm stamp sau khi được gia nhiệt. Kết quả này cho thấy phần nhiệt độ cao có khuynh hướng tập trung tại vùng trung tâm của tấm stamp. Tuy nhiên, chênh lệch nhiệt độ trên toàn bề mặt là không đáng kể (khoảng 4 oC). Với kết quả này, mô hình thí nghiệm khả năng điền đầy lòng khuôn hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi chênh lệch nhiệt độ trong vùng gia nhiệt.
Hình 4.1. Kết quả phân bố nhiệt
- Do phân bố nhiệt độ trên tấm stamp không đáng kể, để so sánh các trường hợp gia nhiệt khác nhau, đề tài đã tiến hành khảo sát nhiệt độ lớn nhất Tmax (oC) tại tâm C của tấm stamp như Hình 4.2.
Hình 4.2. Khảo sát nhiệt độ tại tâm C của tấm
Bảng 4.1. Kết quả mô phỏng ảnh hưởng các thông số gia nhiệt đến nhiệt độ khuôn STT A (mm) T (mm) W (mm) L (mm) T max (oC) 1 1 1.5 26 36 112.2 2 2 104.4 3 3 98.9 4 4 92.8 5 5 88.5 6 3 0.5 197.0 7 1 127.7 8 1.5 99.1 9 2 83.8 10 2.5 73.5 11 1.5 20 101.0 12 23 100.3 13 26 99.1 14 29 98.4 15 32 97.1 16 26 30 101.7 17 33 100.8 18 36 99.1 19 39 97.9 20 42 96.4
-So sánh các kết quả về gia nhiệt, ta thấy rằng chiều dày T của tấm stamp có ảnh hưởng lớn đếnkhả năng nâng nhiệt độ của tấm stamp. Cụ thể, khi T tăng từ 0.5 mm đến 2.5 mm, nhiệt độ lớn nhất (tại C) giảm từ 197 oC xuống 73.5 oC.
-Tương tự như T, ảnh hưởng của khoảng cách A cũng tương đối lớn, khi A tăng từ 1 mm đến 5 mm, nhiệt độ tại C giảm từ 112 oC xuống 88 oC
-Trong khi đó ảnh hưởng của chiều rộng W và chiều dài L của tấm stamp không ảnh hưởng nhiều đến nhiệt độ. Cụ thể là nhiệt độ chênh lệch lớn nhất khi thay đổi W là 3.9°C và khi thay đổi L là 5.3°C
-Nhìn chung, việc khảo sát nhiệt độ lớn nhất là cần thiết, tuy nhiên cũng cần phải xem xét đến sự phân bố nhiệt như thế nào, vì nó cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm. Do đó ta tiến hành khảo sát phân bố nhiệt độ. Trong 4 thông số đã xét ở trên ta thấy sự ảnh hưởng của khoảng cách A và chiều dày T là lớn nhất
4.2. Thực nghiệm quá trình gia nhiệt cho khuôn:
Hình 4.3. Kích thước mô hình thực nghiệm
Bảng 4.2. Kết quả nhiệt độ đo thực tế tại tấm nhôm ứng với các mức nhiệt độ khác nhau của dòng khí (tkhí). Đơn vị: 0C [10]
STT Thời gian
gia nhiệt Ex_200
0C Ex_2500C Ex_3000C Ex_3500C Ex_4000C 1 5s 118.2 146 169.2 169.9 196.4 2 10s 144.7 189.9 211.1 235.1 267.4 3 15s 163.8 204.4 240.1 260.2 299.1
4 20s 166.5 220.6 241.7 274.1 317.5 5 25s 174.6 225.9 249.1 292 327.4 6 30s 174.8 229.5 250.2 299.2 335.9 7 35s 177.1 232.7 259.2 310 337.4 8 40s 180.8 234.1 259.7 313.1 341.2 9 45s 181.8 235.9 269.3 317.3 343.5 10 50s 183.5 236.4 270.6 318.4 344.3 11 55s 183.8 237.9 272.8 318.8 345.9 12 60s 186.1 241.7 275.5 323.5 348.4 5s 10s 15s 20s 25s 30s 35s 40s 45s 50s 55s 60s
4.3. Thực nghiệm ép sản phẩm và kiểm tra độ điền đầy (*) Thông số phun ép (*) Thông số phun ép
- Nung nhựa ở nhiệt độ 2650C (nhựa PA6). - Áp suất phun 7 kg/cm2.
- Gia nhiệt bằng khí ở các nhiệt độ tương ứng 1000C, 1100C, 1200C - Phun nhựa tương ứng ở các nhiệt độ trên.
(*) Kết quả chiều cao gân
Bảng 4.3. quả chiều cao gân sau khi ép (Nhựa PA6) [10]
STT Áp suất phun (Kg/cm2) Nhiệt độ khuôn (0C) Nhiệt độ nhựa (0C)
Chiều cao gân (mm) Gân 1 1 7 100 265 4.1 2 110 6 3 120 7 Gân 2 1 7 100 265 4.5 2 110 6.1 3 120 7
Hình 4.5. Chiều cao gân khi gia nhiệt khuôn bằng khí nóng (nhựa PA6) [10]
- Qua quá trình thí nghiệm và kiểm nghiệm dựa theo cở sở lý thuyết, thấy rằng các yếu tố như: nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nóng chảy của nhựa, áp suất phun ảnh hưởng lớn quá trình điền đầy khuôn (cụ thể ở đây là chiều cao gân micro).
Cùng một nhiệt độ nhựa và áp suất phun khi nhiệt độ khuôn tăng thì chiều cao gân cũng tăng theo.
Chiều cao gân tăng tuyến tính theo nhiệt độ.
Hình 4.6. So sánh chiều cao hai gân với áp suất phun 7kg/cm3 và nhiệt độ nung nhựa là 2700C (nhựa PA6) [10]
-Nhìn vào hình 4.6 ta có thấy đc với cùng nhiệt độ nhựa , nhiệt độ khuôn thì khả năng điền nhựa vào khuôn của PA6 khá tốt. Ở mức nhiệt độ khuôn 1000C thì gân micro PA6 là 4.13 (mm), ; và tiếp tục đến mức 1100C thì của PA6 vẫn cao hơn và đến mức 1200C thì chiều cao vân micro đã đạt đến mức cao nhất là 7(mm).
Chương 5. Kết luận và hướng phát triển. 5.1. Kết luận chung của đề tài
Qua quá trình thực hiện đề tài, phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đã được ứng dụng cho quá trình khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến khả năng điền đầy lòng khuôn của gân micro. Kết quả nghiên cứu cho thấy:
-Trong 4 thông số thì chiều dày T của tấm stamp có ảnh hưởng đến nhiệt độ nhất. Đặc biệt là trong khoảng thay đổi độ dày từ 0.5 mm đến 1.0 mm và lên đến 1.5 mm. Nhiệt độ chênh lệch thay đổi tương ứng là 69.3°C và 28.6°C.
-Ảnh hưởng của khoảng cách A giữa miệng phun khí nóng và bề mặt khuôn cũng tương đối lớn, chênh lệch nhiệt độ tổng cộng là 23.7°C khi thay đổi các kích thước của A.
-Tuy nhiên, ảnh hưởng của chiều rộng W và chiều dài L của tấm stamp không ảnh hưởng nhiều đến nhiệt độ tại tâm tấm stamp. Cụ thể là nhiệt độ chênh lệch lớn nhất khi thay đổi W là 3.9°C và khi thay đổi L là 5.3°C
-Khảo sát nhiệt độ lớn nhất là cần thiết, tuy nhiên cũng cần phải xem xét đến sự phân bố nhiệt như thế nào, vì nó cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm.
-Quá trình đo phân bố nhiệt độ tại lòng khuôn cho thấy một số ưu điểm của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đối với khuôn có gân micro như:
Khả năng tập trung nhiệt độ tại vùng cần gia nhiệt là rất tốt. Cụ thể, với trường hợp của nghiên cứu này, nhiệt độ chỉ tập trung tại vùng giữa của khuôn, đây là vùng cần được giữ nhiệt độ cao để tránh làm đông đặc nhựa quá nhanh.
Với mức nhiệt độ khuôn cao hơn 110 oC, gân micro vo81i kích thước như trong nghiên cứu này đã được điền đầy
Phương pháp mô phỏng cho kết quả khá tốt. D(iều này cho thấy với các khuôn có hình dạng phức tạp, phương pháp mô phỏng có thể dự đoán trước kết quả gia nhiệt, từ đó sẽ có các phương án điều chỉnh kết cấu khuôn.
Qua quá trình nghiên cứu các sản phẩm phun ép nhựa có thành mỏng, phương pháp nâng nhiệt độ khuôn trong quá trình nhựa điền đầy lòng khuôn cho thấy khả năng cải thiện chất lượng sản phẩm khá tốt, từ các kết quả này, các hướng nghiên cứu sau được tác giả đề xuất:
- Nghiên cứu nâng cao khả năng điền đầy lòng khuôn với các sản phẩm có thành mỏng, hình dạng phức phạp
- Nghiên cứu cải thiện dòng chảy của vật liệu composite thông qua phương pháp điều khiển nhiệt độ khuôn.
Tài liệu tham khảo
1) C.A. Griffiths, S.S. Dimov, E.B. Brousseau, R.T. Hoyle, The effects of tool surface quality in micro-injection moulding, Journal of Materials Processing Technology 189 (2007) 418–427, UK 7 February 2007.
2) R. Dubay, Self-optimizing MPC of melt temperature in injection moulding ISA ransactions, Volume 41, Issue 1, January 2002, Pages 81-94.
3) Jürgen Nagel, Gert Heinrich, Temperature transitions on the surface of a thermoplastic melt during injection moulding and its use for chemical reactions International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 55, Issues 23– 24, November 2012, Pages 6890-6896.
4) Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th Edition, Wiley
5) Paulson Training program
6) http://www.umgabs.co.jp/en/trouble/molding.html#t02
7) S.N Huang, K.K Tan, T.H Lee, Adaptive GPC control of melt temperature in injection moulding Original Research Article ISA Transactions, Volume 38, Issue 4, 25 November 1999, Pages 361-373.
8) Shia-Chung Chen, Won-Hsion Liao, Jung-Peng Yeh, Rean-Der Chien, Rheological behavior of PS polymer melt under ultra high speed injection molding Polymer Testing, Volume 31, Issue 7, October 2012, Pages 864-869.
9) T. Osswald, . S. Turng, P. Gramann, Injection Molding Handbook, NXB Hanser; Ohio – USA, 2nd Edition, (2008), 764 trang
10) Lương Minh Tự, Mô phỏng quá trình gia nhiệt cho khuôn bằng khí nong, LV cao học ĐH SPKT Tp.HCM, 10-2018