nước nóng. (một chu kỳ nóng / làm mát).
Cũng theo nghiên cứu này ứng dụng cho bề mặt khuôn bằng tấm nikenl là đạt hiệu quả cao nhất và có thể ứng dụng trong cơng nghiệp.
3. A study on the micro-injection molding of multi-cavity ultra-thin parts. (S. Y. Yang,S. C. Nian, S. T. Huangand Y. J. Weng, Polymers Advances Technologies, 2011) [15].
Kết quả đạt được: việc gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa đối với sản phẩm thành mỏng có kết cấu nhiều lịng khn sẽ làm tăng khả năng điền đầy lịng khn phun ép nhựa, cụ thể ở những mức nhiệt độ ban đầu từ 70 0C đến 110 0C thì sự ảnh hưởng của
13
nhiệt độ khuôn đối với khả năng điền đầy là khơng rõ rệt, thậm chí cịn thấp hơn so với kết cấu 1 lịng khn (74.68 % so với 82.86 %), nhưng từ 120 0C trở lên tỷ lệ % điền đầy của kết cấu 4 lịng khn tăng lên nhanh và sẽ điền đầy hồn tồn tất cả các lịng khn khi nhiệt độ đạt mức 140 0C như Hình 1.14.
Hình 1.14: Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến khả năng điền đầy lịng khn.
4. Variable Mold Temperature to Improve Surface Quality of Microcellular Injection Molded Parts Using Induction HeatingTechnology. (Shia-Chung Chen, Yu- Wan Lin, Rean-Der Chien, Hai-Mei Li. Advances in Polymer Technology, Vol. 27, No. 4, 2008, pp. 224–232) [16].
Kết quả đạt được: nhiệt độ khn cao hơn, nhiệt độ nóng chảy cao hơn, và tốc độ phun nhanh hơn tất cả sẽ nâng cao chất lượng bề mặt của sản phẩm ép phun. Các độ nhám bề mặt của chi tiết đúc có thể được giảm từ 25μm đến 6.5μm với sự gia tăng nhiệt độ khuôn từ 100 0C đến 160 0C. Tuy nhiên, khi nhiệt độ đạt đến một mốc quan trọng của giá trị khoảng 180 0C, độ nhám trung bình bề mặt của một phần đúc tiến về mức khoảng
14
5 μm. Đồng thời, các phần bọt nhựa PC có thể được loại bỏ hồn tồn nếu nhiệt độ khuôn cao hơn 160 0C Hình 1.15.
Hình 1.15: Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy phun tới độ nhám bề mặt trong đúc
ép phun khn thành mỏng.
5. Ngồi ra, một số bài báo nghiên cứu khác liên quan đến nghiên cứu này, bao gồm: Investigation of micro-injection moulding: Factors affecting the replication quality (B. Sha, S. Dimov, C. Griffiths, M. S. Packianather, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 183, 2007, pp. 284–296 ) [17]; Simulation and verification on rapid mold surface heating/cooling using electromagnetic induction technology (Shia-Chung Chen, Wen-Ren Jong, Jen-An Chang and Hsin-Shu Peng, 4th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics Cairo, Egypt, 2005) [18]; Rapid mold temperature control in injection molding by using steam heating,
15
International Communications in Heat and Mass Transfer. (M. C. Jeng, S. C. Chen, P. S. Minh, J. A. Chang and C. S. Chung, Vol. 37, Issue 9, 2010, pp. 1295-1304) [19].
1.3.2. Nghiên cứu trong nước
Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến khả năng điền đầy lịng khn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng. (ThS. Nguyễn Hộ, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2015) [3]. Kết quả đạt được: ở cùng một chế độ phun như nhau, cùng một chiều dày như nhau nhưng ở những nhiệt độ bề mặt khn khác nhau thì q trình điền đầy lịng khn sẽ khác nhau và cụ thể là tăng nhiệt độ bề mặt lịng khn lên thì khả năng điền đầy lịng khn sẽ tăng lên với những mức khác nhau như Hình 1.16.
Hình 1.16: So sánh khả năng điền đầy lịng khn của sản phẩm nhựa thành
mỏng với vật liệu PP. Ghi chú:
16
- Mold surface temperature: Nhiệt độ bề mặt lịng khn - 0.2: Bề dày sản phẩm nhựa ép được là 0.2 mm
- 0.4: Bề dày sản phẩm nhựa ép được là 0.4 mm - 0.6: Bề dày sản phẩm nhựa ép được là 0.6 mm
Nhận xét: Qua hình vẽ này ta có thể thấy sự ảnh hưởng rõ ràng của nhiệt độ bề mặt khuôn đối với sự điền đầy của sản phẩm nhựa thành mỏng với loại nhựa PP. Ở đây sự ảnh hưởng của nhiệt độ đối với các bề dày khác nhau. Với bề dày 0.2 mm thì quá trình điền đầy thấp hơn so với sự ảnh hưởng nhiệt độ đối với các bề dày 0.4 mm và 0.6 mm.
Bên cạnh đó, nhiều cơng trình nghiên cứu liên quan đến phương pháp gia nhiệt và giải nhiệt khuôn ép nhựa với các sản phẩm nhựa kỹ thuật đã được thực hiện trong thời gian vừa qua của giáo viên hướng dẫn [20, 21]. Trong đó, phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng cho thấy đây là một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng trong lĩnh vực ứng dụng tự động hóa trong cơng nghệ ép phun nói chung và khả năng chế tạo các sản phẩm có kích thước micromet nói riêng. Cơng nghệ này góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, mở rộng khả năng công nghệ của phương pháp ép phun nhựa kỹ thuật cao.
Nhìn chung, cơng nghệ điều khiển nhiệt độ khuôn ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng sản phẩm ép phun. Nếu điều khiển nhiệt độ khn thấp thì dịng chảy nhựa sẽ bị mất nhiệt nhanh và gặp khó khăn trong q trình điền đầy lịng khuôn. Nhược điểm này càng nghiêm trọng hơn khi vật liệu ép phun dạng composite do độ nhớt của vật liệu composite cao hơn so với nhựa thông thường. Khi tiếp xúc với thành khn có nhiệt độ thấp thì độ nhớt vật liệu composite sẽ tăng cao và dòng chảy composite sẽ gặp trở kháng rất lớn. Nếu điều khiển nhiệt độ khn q cao thì chất lượng sản phẩm có thể bị ảnh hưởng do quá nhiệt, đồng thời sẽ mất nhiều thời gian để giải nhiệt khuôn dẫn đến tăng thời gian chu kỳ.
1.4. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận văn: "Nghiên cứu phân bố nhiệt độ lịng khn phun ép với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng tích hợp trong lịng khn bằng phương
17 pháp mơ phỏng" là:
- Nghiên cứu mô phỏng gia nhiệt bằng khí nóng tích hợp trong lịng khn để xác định nhiệt độ phân bố trên bề mặt lịng khn;
- Nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ trong lịng khn ảnh hưởng tới khả năng điền đầy lịng khn;
- Qua kết quả mô phỏng và kiểm chứng thực nghiệm, có thể xác định được nhiệt độ lịng khn phù hợp với vật liệu, bề dày sản phẩm để gia tăng khả năng điền đầy lịng khn.
1.5. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài
Nhiệm vụ đề tài:
Để thực hiện đề tài này tác giả đã tiến hành các nhiệm vụ như sau:
Thiết kế tối ưu kênh dẫn nhiệt khí nóng của khn phun ép;
Mơ phỏng q trình gia nhiệt bằng khí nóng tích hợp trong lịng khn;
Xác định quy trình gia nhiệt lịng khn bằng khí nóng tích hợp trong khn;
Mơ phỏng q trình điền đầy khn của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng tích hợp trong lịng khn với các thơng số khác nhau;
Mơ phỏng q trình điền đầy khn của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng tích hợp trong lịng khn với các điều kiện khác nhau;
Mơ phỏng q trình điền đầy khn của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng tích hợp trong lịng khuôn với các vật liệu khác nhau;
Đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến khả năng điền đầy khuôn.
Giới hạn đề tài:
Đề tài được giới hạn trong các điều kiện như sau:
Áp dụng cho chi tiết thành mỏng
18
Kích thước sản phẩm ép làm thí nghiệm có kích thước rộng 10 mm, chiều dài tối đa 60 mm. Chiều dày sản phẩm khảo sát là 0.1 mm, 0.3 mm và 0.5 mm.
Xác định chiều dài của sản phẩm nhựa dựa trên các thí nghiệm nhiệt độ cho trước, thực hiện ép nhựa trên máy ép phun của Trung tâm công nghệ cao thuộc trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM.
1.6. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài "Nghiên cứu phân bố nhiệt độ lịng khn phun ép với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng tích hợp trong lịng khn bằng phương pháp mô phỏng" thực hiện bằng những phương pháp nghiên cứu sau:
Cơ sở phương pháp luận: tìm hiểu các loại tài liệu chuyên ngành, các tạp
chí khoa học, báo,…
Các phương pháp nghiên cứu cụ thể: kế thừa các cơng trình, kết quả
nghiên cứu trong và ngoài nước chạy thử nghiệm trên mẫu thử để có sự phân tích tiết kiệm, chính xác nhất;
Phương pháp nghiên cứu phân tích: Phân tích những dữ liệu mơ phỏng
và đưa ra kết quả để nhận xét;
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: tiến hành thực nghiệm và xử lý,
tổng hợp số liệu;
Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: xử lý số liệu thực nghiệm để mô
19
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Lý thuyết khuôn ép nhựa
2.1.1. Khái niệm chung về khuôn
Khuôn là cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau để tạo thành một bộ khn hồn chỉnh. Sản phẩm được tạo hình giữa 2 phần khn, khoảng trống giữa 2 phần đó là hình dạng của sản phẩm cần tạo [2].
Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình. Khn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần cũng có thể là nhiều lần.
Khn bao gồm hai phần chính:
- Phần cavity (khuôn cái, khuôn cố định): được gá lên tấm cố định của máy ép nhựa.
- Phần core (khuôn đực, khuôn di động): được gá lên tấm di động của máy ép nhựa.
Hình 2.1: Khn âm và khn dương ở trạng thái đóng.
2.1.2. Kết cấu chung một bộ khn
Ngồi core và cavity thì trong khn cịn rất nhiều bộ phận khác. Các bộ phận này lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khn:
20
Hình 2.2: Kết cấu của bộ khuôn. Chức năng của các yếu tố cơ bản: Chức năng của các yếu tố cơ bản:
1. Vít lục giác: liên kết các tấm khn và tạo tính thẩm mỹ. 2. Vịng định vị: định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun.
3. Bạc cuống phun: dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa. 4. Khuôn cái: tạo hình cho sản phẩm.
5. Bạc định vị: đảm bảo vị trí tương quan giữa khn đực và khn cái. 6. Tấm kẹp trước: giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép nhựa.
21
7 & 11. Vỏ khuôn cái và khuôn đực: khuôn đực thường được dùng làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với khuôn cái nên giúp giảm giá thành khuôn nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế của khuôn.
8. Chốt hồi: hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi đóng khn. 9. Khn đực: tạo hình cho sản phẩm.
10. Chốt định vị: chui vào bạc định vị khi khn đóng, giúp khn đực và khn cái liên kết một cách chính xác.
12 Tấm đỡ: tăng bền cho khn trong q trình ép phun. 13 Gối đỡ: tạo khoảng trống để tấm đẩy hoạt động. 14 Tấm giữ: giữ các chốt đẩy.
15 Tấm đẩy: đẩy các chốt đẩy để lói sản phẩm ra khỏi khuôn. 16 Tấm kẹp sau: giữ chặt phần di động của trên máy ép nhựa. 17 Gối đỡ phụ: tăng bền cho khn trong q trình ép phun.
2.1.3. Phân loại khuôn ép phun
2.1.3.1. Khuôn hai tấm
Khái niệm:
Khuôn 2 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng phun nhựa nằm ngang mặt sản phẩm và khi mở khn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa.
Có thể thiết kế cổng phun nhựa sao cho sản phẩm và kênh dẫn nhựa tự động tách rời hoặc không tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa (xương keo) được lấy ra khỏi khuôn.
Khuôn 2 tấm được sử dụng rất thông dụng trong hệ thống khuôn ép phun. Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo nhưng chỉ sử dụng khuôn 2 tấm cho những sản phẩm dễ bố trí cổng phun nhựa.
22
Hình 2.3: Cấu tạo khuôn 2 tấm. Ưu điểm:
- Khuôn 2 tấm tiết kiệm vật liệu hơn, do kênh dẫn nhựa ở bên hơng.
- So với khn 3 tấm thì khn 2 tấm đơn giản hơn do khơng cần có tấm giật cuống keo như khuôn 3 tấm, rẻ hơn, chu kỳ ép ngắn hơn.
- Thời gian để gia công và chế tạo khuôn cũng ngắn hơn. - Giá thành thấp hơn khuôn 3 tấm hay khuôn nhiều tầng.
Nhược điểm:
- Khuôn 2 tấm chỉ sử dụng được cho các chi tiết địi hỏi có độ chính xác thấp hơn so với các loại khn khác.
- Phải tốn nhiều nhiên liệu hơn so với kênh dẫn nóng vì phần xương keo khơng được sử dụng cho lần phun tiếp theo như trong kênh dẫn nóng.
23
- Ứng dụng với những sản phẩm có vịng đời ngắn như những mặt hàng điện tử dân dụng (thời gian sử dụng trong vài tháng). Sử dụng thích hợp cho các sản phẩm địi hỏi ít miệng phun.
- Ứng dụng khuôn 2 tấm rẻ tiền để làm các sản phẩm dân dụng các đồ dùng cá nhân, các sản phẩm phục vụ cho gia đình khơng địi hỏi độ chính xác cao và rẻ tiền.
2.1.3.2. Khuôn ba tấm Khái niệm: Khái niệm:
Khuôn 3 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn được bố trí trên 2 mặt phẳng, khi mở khn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm và một khoảng mở khác để lấy kênh dẫn nhựa.
Sản phẩm và kênh dẫn luôn tự động tách rời nhau khi sản phẩm và kênh dẫn được lấy ra khỏi khuôn.
Đối với sản phẩm loại lớn cần nhiều miệng phun hoặc khn nhiều lịng, cần nhiều miệng phun thì có thể sử dụng khn 3 tấm.
Khuôn 3 tấm ở giai đoạn thứ nhất của quy trình mở khn (giật đi keo)
Khuôn 3 tấm ở giai đoạn thứ hai của quy trình mở khn (mở tấm giật đi keo)
Hình 2.4: Khn 3 tấm 2 lịng khn. Ưu điểm: Ưu điểm:
24
- Giá thành thấp hơn so với khn kênh dẫn nóng. - Ít bị hỏng hơn khn có kênh dẫn nóng.
- Có thể phù hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém.
- Năng suất cao do hệ thống dẫn nhựa tự động tách ra khỏi sản phẩm khi mở khuôn. - Cho khả năng phân phối nhựa tốt hơn và đồng đều hơn do các nhánh kênh dẫn được bố trí cách đều nhau.
Nhược điểm:
- Chu kỳ ép phun tăng và cần áp suất phun lớn để điền đầy do hành trình của của dòng nhựa để đến được lịng khn dài.
- Lãng phí nhiều vật liệu do có thêm tấm stripper plate chứa hệ thống kênh dẫn.
Ứng dụng:
- Khn có nhiều lịng khn.
- Khn có một lịng khn nhưng phức tạp nên cần hơn một vị trí phun nhựa. - Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác.
- Vì phải cân bằng dịng nhựa giữa các kênh dẫn khác với nhau nên buộc phải thiết kế kênh dẫn không nằm trên mặt phân khuôn.
2.1.3.3. Khuôn nhiều tầng Khái niệm: Khái niệm:
Khuôn nhiều tầng là khuôn ép phun do 2 hay nhiều bộ khuôn ghép lại với nhau, để tăng năng suất (tăng số lượng sản phẩm trong 1 chu kỳ ép).
Khn nhiều tầng có thể dùng hệ thống kênh dẫn nguội hoặc kênh dẫn nóng. Hiện nay, khn nhiều tầng dùng kênh dẫn nóng được sử dụng rộng rãi hơn do chiều dài kênh dẫn trên khn nhiều tầng q dài, khó đảm bảo nhiệt độ và áp suất nếu dùng kênh dẫn nguội.
25
(a) (b)
Hình 2.5: Hình thực tế bộ khn nhiều tầng (hình a) và hệ thống bơm nhựa + hệ thống
gia nhiệt (hình b).
Ưu điểm:
- Do 2 hay nhiều khuôn ghép lại nên năng suất cao. - Thu hồi vốn nhanh.
- Giảm số lượng máy, diện tích nhà xưởng.
Nhược điểm:
- Giá thành cao do kết cấu khuôn phức tạp. - Sử dụng máy ép chuyên dụng, cần lực ép lớn. - Hao tốn vật liệu do kênh dẫn dài.
- Áp suất cao để điền đầy khuôn do kênh dẫn dài.
Ứng dụng:
- Khn có nhiều lịng khn.
- Khn có một lịng khn nhưng phức tạp nên cần hơn một vị trí phun nhựa. - Khó khăn trong việc chọn ra một vị trí phun thích hợp khác.