Hƣớng phát triển

- Tiếp tục nghiên cứu và phát triển hình dáng cover làm sao để gia nhiệt để nhiệt độ là gần nhƣ nhau trên tấm gia nhiệt.

- Trong quá trình gia nhiệt ta có thể thấy bề mặt tiếp xúc của cover và tấm insert là sát nhau, nhƣng khi khí gia nhiệt phun ra nó có thể độ hở nhỏ mà bằng mắt thƣờng ta khó thấy đƣợc. Vậy cần phải nghiên cứu tìm cách làm kín bề mặt tiếp xúc giữa 2 vật không còn bất cứ khoảng hở nhỏ nào để nhiệt không bị thất thoát ra ngoài không khí.

- Mở rộng nghiên cứu ảnh hƣởng của đƣờng kính lỗ thoát khí đến nhiệt độ và phân bố nhiệt.

- Mở rộng nghiên cứu ảnh hƣởng của vận tốc di chuyển của dòng khí đến nhiệt độ và phân bố nhiệt của tấm gia nhiệt.

- Mở rộng nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian gia nhiệt đến nhiệt độ và phân bố nhiệt của tấm gia nhiệt.

- Làm thực nghiệm để kiểm chứng kết quả mô phỏng và đƣa ra phƣơng án để phát triển hình dáng cover hoàn thiện hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TI NG VIỆT

[1]. Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Uyên, “Thiết kế chế tạo khuôn phun ép nhựa” NXB ĐHQG TP HCM, 2014

[2]. Nguyễn Hộ, “Nghiên cứu ảnh hƣởng của phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến khả năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng”, 2015.

TI NG NƢỚC NGOÀI

[3]. Shia-Chung Chen, Yu-Wan Lin, Rean-Der Chien, Hai-Mei Li. Advances in Polymer Technology, Vol. 27, No. 4, 224–232 (2008).

[4]. Shia-Chung Chen, Chen-Yang Lin, Jen-An Chang, Pham Son Minh. Gas-Assisted Heating Technology for High Aspect Ratio Microstructure Injection Molding.

Hindawi Publishing Corporation, Vol 2013, pp. 282906, August 2013

[5]. B. Sha, S. Dimov, C. Griffiths, M.S. Packianather.., “Investigation of micro- injection moulding: Factors affecting the replication quality”, Journal of Materials Processing Technology, 2007, 284–296.

[6]. Jingyi Xu, “Microcellular Injection Molding”, Published by John Wiley & Sons, Inc, 2010.

[7]. S.-Y. Yang, S.-C. Nian, S.-T. Huang and Y.-J. Weng, “A study on the micro- injection molding of multi-cavity ultra-thin parts”, Polymers Advances Technologies, 2011.

[8]. Shia-Chung Chen, Jen-An Chang, Ying-Chieh Wang, Chun-Feng Yeh, “Development of Gas-Assisted Dynamic Mold Temperature Control System and Its Application for Micro Molding”, ANTEC, 2008, Page 2208-2212.

[9]. Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, Jen-An Chang Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, “Feasibility evaluation of gas-assisted heating for mold surface temperature control during injection molding process”, International Communications in Heat and Mass Transfer, vol 36, 2009, Page 806-812.

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ CỦA LÕNG KHUÔN SAU QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG TỪ NGOÀI KHUÔN

RESEARCH ON THE TEMPERATURE DISTRIBUTION OF THE MOLD CAVITY AFTER HEATING WITH HOT AIR FROM OUTSIDE THE MOLD

Nguyễn Phƣớc Thiện1

PGS.TS.Phạm Sơn Minh1

1Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

TÓM TẮT

Luận văn: “Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của lòng khuôn sau quá trình gia nhiệt bằng khí nóng từ ngoài khuôn” là sự bổ sung phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng. Bởi khi gia nhiệt bằng khí nóng thì lượng nhiệt thất thoát ra bên ngoài không khí khá nhiều gây ảnh hưởng đến hiệu suất. Phương pháp nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu về lý thuyết truyền nhiệt, lý thuyết khuôn mẫu. Nghiên cứu, thiết kế hình dáng cover chuẩn (về kích thước, số inlet, outlet khí…từ các kết quả mô phỏng với các quy cách khác nhau), từ đó dựa vào hình dáng cover chuẩn để thiết kế các cover phù hợp cho các bề mặt lòng khuôn có bán kính R lồi lõm khác nhau. Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở để xử lý những lỗi thực tế trong quá trình ép phun gây ra bởi sự tổn thất về nhiệt và áp trong quá trình chuyển động của dòng nhựa. Và đó cũng là cơ sở lý thuyết cho những nghiên cứu sâu hơn cho sự phát triển ngành khuôn trong tương lai của Việt Nam.

Từ khóa: phun ép; cover, khuôn; gia nhiệt; khí nóng.

ABSTRACT

Thesis: " Research on the temperature distribution of the mold cavity after heating with hot air from outside the mold " is the addition of a heating method by hot air. Because when heated with hot air, the amount of heat lost to the outside of the air a lot affects the efficiency. The research method of the topic is the study of heat transfer theory, template theory. Research and design the standard cover shape (in terms of size, number of inlets, gas outlet ... from simulation results with different specifications), from there based on the standard cover shape to design suitable covers for the cavity surfaces have different convex R radian. The results of the topic will be the basis to handle the actual errors in injection molding caused by the loss of heat and pressure in the motion of the plastic flow. And that is also the theoretical basis for further studies for the future development of the mold industry in Vietnam.

Keywords: Injection; Cover; mold; heating; hot air.

1. GIỚI THIỆU

Với thực tế là hiện nay, các sản phẩm đƣợc thiết kế và phát triển theo xu hƣớng nhẹ hơn, nhỏ hơn, mỏng hơn. Do đó, hạn chế hiệu tƣợng dòng nhựa bị mất nhiệt trong quá trình chảy vào lòng khuôn mang ý nghĩa quan trọng trong quá trình phun ép. Nếu trong suốt quá trình nhựa điền đầy khuôn, nhiệt độ khuôn có thể duy trì ở giá trị cao hơn nhiệt độ chuyển pha của vật liệu nhựa, quá trình phun ép sẽ có những ƣu điểm nhƣ: áp suất cần để phun ép nhựa đầy lòng khuôn sẽ giảm, khả năng điền đầy khuôn sẽ tăng hơn, ngoài ra, chất lƣợng sản phẩm nhựa cũng đƣợc tăng cao. Phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng,

hiện tại đang là 1 trong những phƣơng pháp mang lại hiệu quả tuyệt vời và đƣợc nhiều nƣớc hiện đang nghiên cứu. Nên việc nghiên cứu “cover” để xem ảnh hƣởng của nó đến nhiệt độ cũng nhƣ phân bố nhiệt độ đến bề mặt lòng khuôn là rất cần thiết.

2. PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

ANSYS là phần mềm bậc cao dùng để mô phỏng, khảo sát rất nhiều ứng dụng, hiện tƣợng ngoài thực tế dựa trên việc chia lƣới theo phƣơng pháp thể tích hữu hạn

ANSYS-CFX mô phỏng chính xác tất cả các loại trao đổi nhiệt bức xạ trong chất lỏng, chất rắn.

Bảng 1: Các thông số quy cách cần nghiên cứu của tấm gia nhiệt

T (mm) (Chiều dày) R (mm) (Bán kính bề mặt cong của tấm gia nhiệt) R lõm R lồi (lõm + lồi) R 0.5 0; 50; 75; 90 0; 50; 75; 90 0; 50; 75; 90 0.75 0; 50; 75; 90 0; 50; 75; 90 0; 50; 75; 90 1.0 0; 50; 75; 90 0; 50; 75; 90 0; 50; 75; 90

Bảng 2: Thông số mô phỏng trong Ansys CFX

Content Description Parameter

1. Geometry - inlet - outlet - stampair - stampair 2. Mesh - Inflation + Geometry: 2 Bodies + Boundary: Multiple Entities + Maximun Thickness: 1mm 3. Setup - inlet ( Normal Speed: 10m/s, Static temperature: 400°C) - Outlet (Opening temperature: 30°C) - Output (Time interval: 1s) 4. Solution - Start run

5. Results - Stamp side:

+ Model: Variable + Variabel: Temperature + Range: Local - Default Legend View 1 + Title mode: Variable + Precision: 1 - Fixed

3. K T QUẢ THẢO LUẬN

Nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ của lòng khuôn sau khi gia nhiệt bằng không khí nóng từ ngoài khuôn với nhiệt độ khí vào 400 °C, thời gian gia nhiệt 20 giây, và tấm gia nhiệt bằng vật liệu thép.

3.1 Lòng khuôn có bề mặt lồi

Hình 1: Vị trí kết quả mô phỏng theo Line

Hình 2: Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R0

Hình 3: Biểu đồ nhiệt độmô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt lồi R50

Hình 4: Biểu đồ nhiệt độmô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt lồi R75

Hình 5: Biểu đồ nhiệt độmô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt lồi R90

- Nhận xét:

+ Phân bố nhiêt độ trong mỗi tấm gia nhiệt tƣơng đối đồng đều.

+ Nhiệt độ chênh lệch trong mỗi tấm gia nhiệt từ 13°C đến 27.6°C.

+ Nhiệt độ có xu hƣớng lần lƣợt giảm dần từ các tấm gia nhiệt R50, R75, R90, R0.

+ Trong cùng một bề mặt cong tấm gia nhiệt tấm mỏng hơn hấp thụ nhiệt cao hơn, và tấm dày hơn hấp thụ nhiệt thấp hơn

3.2 Lòng khuôn có bề mặt lõm

Hình 6: Vị trí kết quả mô phỏng theo Line

Hình 7: Biểu đồ nhiệt độmô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R0

Hình 8: Biểu đồ nhiệt độmô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R50

Hình 9: Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R75

Hình 10: Biểu đồ nhiệt độmô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R90

- Nhận xét:

+ Phân bố nhiêt độ trong mỗi tấm gia nhiệt tƣơng đối đồng đều.

+ Nhiệt độ chênh lệch trong mỗi tấm gia nhiệt từ 13°C đến 32.5°C.

+ Nhiệt độ đƣợc hấp thụ trên các tấm gia nhiệt có xu hƣớng lần lƣợt giảm dần từ các tấm gia nhiệt R50, R75, R90, R0.

+ Trong cùng một bề mặt cong tấm gia nhiệt tấm mỏng hơn hấp thụ nhiệt cao hơn, và tấm dày hơn hấp thụ nhiệt thấp hơn

3.3 Lòng khuôn có bề mặt lồi và lõm

Hình 11: Vị trí kết quả mô phỏng theo Line

Hình 12: Biểu đồ nhiệt độ mô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R0

Hình 13: Biểu đồ nhiệt độmô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R50

Hình 14: Biểu đồ nhiệt độmô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R75

Hình 15: Biểu đồ nhiệt độmô phỏng theo Line trên tấm gia nhiệt bề mặt R90

- Nhận xét:

+ Phân bố nhiêt độ trong mỗi tấm gia nhiệt tƣơng đối đồng đều.

+ Nhiệt độ chênh lệch trong mỗi tấm gia nhiệt từ 20.4°C đến 30°C.

+ Nhiệt độ đƣợc hấp thụ trên các tấm gia nhiệt R50, R75, R90, R0 có cùng chiều dày gần bằng nhau.

+ Trong cùng một bề mặt cong tấm gia nhiệt tấm mỏng hơn hấp thụ nhiệt cao hơn, và tấm dày hơn hấp thụ nhiệt thấp hơn

4. K T LUẬN

- Trong quá trình mô phỏng để tìm ra số lỗ thoát khí tối ƣu cho cover, có kết luận: số lỗ thoát khí càng ít thì nhiệt độ càng cao nhƣng

92 áp suất càng lớn và sự đồng đều nhiệt độ bề mặt càng kém và ngƣợc lại.

- Vùng thể tích khí chứa trong cover cũng gây ảnh hƣởng rất lớn đến nhiệt độ cũng nhƣ sự phân bố nhiệt độ bề mặt tấm gia nhiệt. Nếu thể tích khí chứa càng lớn thì nhiệt độ càng thấp nhƣng phân bố nhiệt càng đồng đều và ngƣợc lại.

- Từ đó, đã tìm ra dạng cover tối ƣu có kích thƣớc 54mmx54mmx15mm, 2 lỗ khí vào (inlet), 16 lỗ thoát khí (outlet), chiều cao thể tích khí là 5mm và bán kính của cover bằng bán kính của tấm gia nhiệt.

- Khảo sát quá trình mô phỏng gia nhiệt bằng khí nóng trên các tấm gia nhiệt có bề mặt lồi, lõm khác nhau ta đi đến kết luận:

 Đối với lòng khuôn có bề mặt lồi: + Đối với bề mặt tấm gia nhiệt R0 (tấm phẳng) khi sử dụng Cover không mang lại

hiệu quả về hấp thụ nhiệt trên bề mặt so với không sử dụng Cover.

+ Đối với bề mặt tấm gia nhiệt R50, R75, R90 khi sử dụng Cover mang lại hiệu quả về hấp thụ nhiệt trên bề mặt so với không sử dụng Cover khoảng 5°C- 25°C

 Đối với lòng khuôn có bề mặt lõm: + Đối với bề mặt tấm gia nhiệt R50, R75, R90, R0 khi sử dụng Cover mang lại hiệu quả về hấp thụ nhiệt trên bề mặt so với không sử dụng Cover khoảng 25°C-102°C

 Đối với lòng khuôn có bề mặt lồi và lõm: + Đối với bề mặt tấm gia nhiệt R50, R75, R90, R0 khi sử dụng Cover mang lại hiệu quả về hấp thụ nhiệt trên bề mặt so với không sử dụng Cover khoảng 11°C-46°C.

TÀI LIỆU THAM KHẢO TI NG VIỆT

[1]. Phạm Sơn Minh, Trần Minh Thế Uyên, “Thiết kế chế tạo khuôn phun ép nhựa” NXB ĐHQG TP HCM, 2014

TI NG NƢỚC NGOÀI

[3]. Shia-Chung Chen, Yu-Wan Lin, Rean-Der Chien, Hai-Mei Li. Advances in Polymer Technology, Vol. 27, No. 4, 224–232 (2008).

[4]. Shia-Chung Chen, Chen-Yang Lin, Jen-An Chang, Pham Son Minh. Gas-Assisted Heating Technology for High Aspect Ratio Microstructure Injection Molding. Hindawi Publishing Corporation, Vol 2013, pp. 282906, August 2013

[5]. B. Sha, S. Dimov, C. Griffiths, M.S. Packianather.., “Investigation of micro-injection moulding: Factors affecting the replication quality”, Journal of Materials Processing Technology, 2007, 284–296.

[6]. Jingyi Xu, “Microcellular Injection Molding”, Published by John Wiley & Sons, Inc, 2010. [7]. S.-Y. Yang, S.-C. Nian, S.-T. Huang and Y.-J. Weng, “A study on the micro-injection molding of multi-cavity ultra-thin parts”, Polymers Advances Technologies, 2011.

[9]. Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, Jen-An Chang Shia- Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, “Feasibility evaluation of gas- assisted heating for mold surface temperature control during injection molding process”, International Communications in Heat and Mass Transfer, vol 36, 2009, Page 806-812.

Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:

Họ tên: Nguyễn Phƣớc Thiện

Đơn vị: Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM Điện thoại: 0379.689.336

So sánh kết quả mô phỏng