CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY NHỰA
4.2. Phân tích kết quả mô phỏng CAE dựa trên phần mềm Moldex3D
4.2.1. Filling & Packing Analysis
Filling và Packing là hai quá trình rất quan trọng trong quá trình phun ép nhựa, giúp vật liệu nhựa được định hình trong khuôn cũng như bổ sung lượng co ngót khi nhựa đông đặc lại.
• Quá trình Filling
Trong Filling thời gian để vật liệu sẽ được điền đầy rất nhanh, nhưng cần lưu ý tính toán thời gian điền đầy phù hợp, vì khi điền đầy quá nhanh sẽ gây ra ứng suất trượt lớn, điều này làm gia tăng ứng suất nội trong mẫu đo dẫn tới cong vênh. Khi tính toán thời gian điền đầy cần lưu ý không để nhiệt độ gia công giảm xuống quá 200°C và giữ áp suất điền đầy không quá cao trên 100 MPa.
Hình 4.12: Thời gian điền đầy nhựa
84
Để đạt được yêu cầu điền đầy, cần điều chỉnh tốc độ phun ép, từ đó thay đổi cả áp suất điền đầy. Đối với lòng khuôn lớn sẽ cần tốc độ phun ép chậm để không khí trong lòng khuôn có đủ thời gian thoát ra ngoài, tránh các lỗi phun ép như phun thiếu, hoặc tạo các vết cháy đen, việc yêu cầu tốc độ phun như vậy sẽ dẫn tới yêu cầu thời gian điền đầy cao hơn và áp suất phun ép cũng giảm.
Quá trình điền đầy được biểu thị bằng một sự chuyển đổi màu sắc từ đỏ sang xanh liên tục, phản ánh thời gian cho điền đầy tăng. Quan sát được khi bắt đầu quá trình ép phun, nhựa được làm nóng chảy sau đó sẽ điền cuống phun trước tiên, nhựa sẽ lan tỏa vào vùng xung quanh miệng phun của mẫu thử, và từ đó điền đầy vào các chi tiết bên trong. Điều này có nghĩa là, nhựa sẽ được ưu tiên điền vào các vùng gần miệng cuống phun đầu tiên. Khi các vùng này đã được điền đầy, nhựa sẽ tiếp tục điền vào phần còn lại. Các vùng màu xanh là những vùng được điền đầy sau cùng.
Quá trình điền đầy biểu diễn như hình 4.12 như đã đề cập trước đó. Kết quả cho ta thấy thời gian điền đầy ở vị trí xa nhất là 1.2 giây.
Nhận xét: Quá trình để điền đầy vào lòng khuôn diễn ra hợp lý và đồng nhất từ ngoài vào trong cũng như điền đầy hoàn toàn lòng khuôn, sự chênh lệch thời gian của những mẫu thử có thể tích lớn so với những mẫu thử có thể tích nhỏ là không đáng kể (<10%) giúp quá trình Packing diễn ra có hiện suất tốt.
• Air traps
Trong quá trình ép, mẫu thử gặp vấn đề về rỗ khí. Các bọt khí đã hình thành từ lỗ bên trong mẫu thử ảnh hưởng đến tính cơ và thẩm mỹ của nó.
Rỗ khí xảy ra khi dòng nhựa chảy qua bọt khí. Các khuyết tật này làm nhựa không điền đầy vào khuôn hoàn toàn, ảnh hưởng đến tính trạng bề mặt của mẫu thử.
Ngoài ra, bọt khí tạo ra áp suất nén trên một số vùng khác mẫu thử, khi bị gia nhiệt gây ra nhiều vết cháy trên bề mặt.
Khuyết tật rỗ khí ở mẫu thử thường xuất hiện do các nguyên nhân sau:
- Thường rỗ khí gây ra bởi các dòng chảy không cân bằng lưu trình.
85
- Trong khi điền đầy, không khí có thể bị giữ lại bên trong mẫu thử, đặc biệt là ở những vùng gần bề mặt của mẫu thử.
- Khi mẫu thử có dòng nhựa tập trung, thường sẽ dồn khí vào góc cụ thể, tạo ra hiện tượng bọt khí.
Phân tích sẽ giúp chúng ta xác định vị trí tập trung rỗ khí trên mẫu thử, từ đó đề xuất giải pháp giảm khuyết tật rỗ khí, nhằm bảo vệ tính cơ học và thẩm mỹ của sản phẩm.
Hình 4.13: Rỗ khí tập trung ở phần đuôi nhựa của mẫu thử.
• Pressure
Áp suất điền đầy là yếu tố quan trọng trong quá trình Filling, thể hiện biến đổi của áp suất. Thông thường, quá trình Filling dùng áp suất cao nhất trong chu trình, và áp suất phun ép có tác động đáng kể đến kết quả phân tích. Sự thay đổi áp suất có thể gây ra biến đổi đáng kể trong kết quả mô phỏng.
Thời gian điền đầy quá nhanh dẫn đến tăng áp suất phun, trong khi áp suất phun quá lớn có thể ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của khuôn. Do đó, cần điều chỉnh thời gian điền đầy và áp suất phun sao cho phù hợp, nhằm nâng cao khả năng vận hành và tuổi thọ của khuôn. Dựa trên phân tích, áp suất lớn nhất cần thiết cho bộ mẫu thử là 164.905 MPa, và đây là một giá trị phù hợp cho nhiều loại máy ép phun.
86
Hình 4.14: Áp suất phun của mẫu thử.
• Temperature
Nhiệt độ phun ép là tham số quan trọng, như đã thể hiện trong hình 4.15, trong quá trình Filling, nhiệt độ có sự biến đổi. Mỗi loại vật liệu đều có giới hạn nhiệt độ chịu được riêng, vượt quá giới hạn này có thể làm thay đổi tính chất cơ. Vì vậy, cần điều chỉnh thông số nhiệt độ của khuôn và quá trình gia công nhằn hạn chế tác động quá trình gia nhiệt lên vật liệu.
Trên 80% lượng nhựa trong lòng khuôn trong quá trình Filling nằm trong khoảng nhiệt độ phù hợp cho nhựa ABS, từ 200°C đến dưới 280°C. Điều này giúp tăng hiệu suất của quá trình Packing sau đó và tránh các khuyết tật liên quan đến cong vênh của mẫu thử. Các số liệu này được thể hiện trong hình 4.15.
87
Hình 4.15: Nhiệt độ sau khi hoàn thành quá trình điền đầy.
Dùng chức năng Clipping để cắt mô hình để kiểm tra. Quan sát cho thấy nhiệt độ các vùng giữa các mẫu thử nhiệt độ cao nhất sẽ giảm dần khi đi từ trung tâm ra ngoài do tiếp xúc với phần lòng khuôn. Đây là nguyên nhân gây ra ứng suất trượt và nhiệt độ ma sát trong quá trình phun ép.
88
Hình 4.16: Nhiệt độ tiếp xúc với lòng khuôn, nhiệt độ ở chính giữa mẫu thử.
• Volumetric shrinkage
Phân tích miêu tả sự biến đổi của mẫu thử khi ép và liệu nó đảm bảo hình dáng bề ngoài so với thiết kế hay không. Trong quá trình phun ép, vật liệu mở rộng do tác động nhiệt độ, sau đó trong quá trình bảo áp, nhiệt độ sẽ khuôn giảm dần trong để mở khuôn. Mẫu thử xu hướng co lại sau quá trình này. Nếu lượng nhựa bù vào không đủ để đối phó với sự co ngót, mẫu thử bị hụt về mặt kích thước. Để giảm sự co ngót, cần tối ưu hóa bề dày của mẫu thử, tránh làm thay đổi đột ngột bề dày trong thiết kế nhưng phải đáp ứng yêu cầu cho mục đích sử dụng. Áp suất phun ép cần được tăng lên, và làm nguội phải diễn ra chậm cũng như đồng đều để giảm thiểu sự co ngót không đều của sản phẩm.
89
Dựa vào hình 4.17, ta có thể quan sát biểu đồ phần trăm co ngót thể tích và nhận ra độ co ngót thể tích chủ yếu ở trong khoảng từ 6% ÷ 8% so với thể tích ban đầu. Các nơi có co ngót lớn hơn 6.5% nằm chủ yếu phần trung tâm mẫu thử. Mật độ phân bố co ngót tương đối đồng đều ở 5 mẫu đo. Tuy nhiên, mẫu đo có độ dày 3.2mm có tỷ lệ co ngót cao hơn so với các mẫu đo khác (6mm và 4mm). Điều này dẫn đến độ chính xác về kích thước cao hơn so với các mẫu có độ dày 3.2mm.
Do mật độ co ngót được phân bố đồng đều, mẫu thử thu được sẽ có hình dáng đồng đều mà không bị móp méo.
Hình 4.17: Thông số phần trăm độ co ngót của mẫu thử.