Nghiên cứu ảnh hưởng của kênh dẫn lạnh trong khuôn phun ép đến độ co rút của sản phẩm nhựa dạng tấm

Nghiên cứu ảnh hưởng của kênh dẫn lạnh trong khuôn phun ép đến độ co rút của sản phẩm nhựa dạng tấm Nghiên cứu ảnh hưởng của kênh dẫn lạnh trong khuôn phun ép đến độ co rút của sản phẩm nhựa dạng tấm Nghiên cứu ảnh hưởng của kênh dẫn lạnh trong khuôn phun ép đến độ co rút của sản phẩm nhựa dạng tấm Nghiên cứu ảnh hưởng của kênh dẫn lạnh trong khuôn phun ép đến độ co rút của sản phẩm nhựa dạng tấm

TỔNG QUAN

Tính cấp thiết của đề tài

Ngành nhựa đang phát triển nhanh chóng và được xếp hạng là một trong những lĩnh vực tạo ra giá trị kinh tế lớn nhất toàn cầu Nhu cầu về sản phẩm nhựa ép phun ngày càng tăng hàng năm, nhờ vào công nghệ ép phun, được biết đến như một phương pháp sản xuất hiệu quả, cho phép tạo ra các bộ phận nhựa chính xác cao với nhiều hình dạng phức tạp và chi phí thấp.

Hiện nay, nhiều nghiên cứu chuyên sâu về ngành nhựa đã tập trung vào các giải pháp như cải thiện khả năng điền đầy lòng khuôn, tối ưu hóa thiết kế kênh làm mát nhờ phần mềm CAE, áp dụng phương pháp làm mát theo xung động dòng chảy và điều khiển thích nghi nhiệt độ khuôn, nhằm nâng cao năng suất và hiệu quả công nghệ phun ép.

Công nghệ ép phun đang đối mặt với nhu cầu sản xuất sản phẩm có độ chính xác cao về kích thước và hình dạng, đặc biệt trong các ngành điện tử và y tế Việc nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác như co rút và cong vênh là rất quan trọng Một số giải pháp bao gồm tăng thời gian bảo áp, áp suất đóng khuôn và tối ưu hóa thiết kế hình dạng sản phẩm Tuy nhiên, các nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ làm mát đến độ co rút của sản phẩm nhựa vẫn còn hạn chế Hiện tại, hầu hết các kỹ thuật ép phun được thực hiện với nhiệt độ khuôn trên 40°C mà chưa xem xét đến các mức nhiệt độ thấp hơn môi trường Do đó, nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của kênh dẫn lạnh trong khuôn phun ép đến độ co rút của sản phẩm nhựa dạng tấm” nhằm khảo sát và đánh giá sự co rút của sản phẩm nhựa khi sử dụng nhiệt độ khuôn thấp hơn nhiệt độ môi trường.

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu này phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ nước trong kênh dẫn đến độ co rút của sản phẩm nhựa, sử dụng kênh dẫn lạnh với nhiệt độ nước dao động từ 5°C đến 25°C Phương pháp nghiên cứu bao gồm cả mô phỏng và thực nghiệm để đánh giá tác động của nhiệt độ đến tính chất của sản phẩm nhựa.

- Phân tích và đánh giá hiệu qủa của kênh dẫn lạnh có nhiệt độ nước từ 5 0 C -

25 0 C so với kênh dẫn nóng có nhiệt độ nước từ 30 0 C - 90 0 C.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Do thời gian và nguồn lực hạn chế, nghiên cứu này chỉ tập trung vào khảo sát độ co rút của sản phẩm phun ép nhựa dạng tấm khi thay đổi nhiệt độ khuôn, với các ràng buộc nhất định.

- Loại nhựa sử dụng trong thí nghiệm: Acrylonitrin butadien styren (ABS)

- Lưu chất dẫn qua khuôn: nước

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là đánh giá tác động của nhiệt độ khuôn, đặc biệt là khi nhiệt độ khuôn thấp hơn nhiệt độ môi trường, đến độ co rút của sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu sẽ là nền tảng cho việc phát triển các phương pháp làm nguội trong công nghệ ép phun Bên cạnh đó, phân tích này hỗ trợ các nhà thiết kế trong việc dự đoán độ co rút của sản phẩm, từ đó đưa ra các phương án thiết kế kích thước lòng khuôn phù hợp, nhằm hạn chế sai số kích thước sản phẩm do hiện tượng co rút.

Trong công nghệ ép phun, việc kiểm soát mức độ co rút của sản phẩm là rất quan trọng, đặc biệt đối với những sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao về kích thước và hình dạng Đối với các sản phẩm tấm mỏng, việc giảm mức độ co rút xuống mức tối thiểu là một yêu cầu thiết yếu để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu cung cấp cho các nhà sản xuất cơ sở để áp dụng phương pháp điều chỉnh nhiệt độ khuôn, nhằm giảm thiểu sự co rút của sản phẩm ép nhựa Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra một số mức nhiệt độ tối ưu mang lại hiệu quả tốt.

Kết quả của đề tài có thể đƣợc sử dụng để tiến hành các nghiên cứu khác có liên quan trong công nghệ phun ép.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của kênh dẫn lạnh trong khuôn phun ép đến độ co rút của sản phẩm nhựa dạng tấm được thực hiện thông qua các phương pháp nghiên cứu chuyên sâu Các kết quả thu được sẽ cung cấp cái nhìn rõ ràng về vai trò của kênh dẫn lạnh trong quá trình sản xuất, từ đó giúp tối ưu hóa chất lượng sản phẩm nhựa.

Phương pháp tổng quan bao gồm việc nghiên cứu các bài báo khoa học liên quan để đưa ra nhận xét và tìm hiểu lý thuyết về công nghệ ép phun, quy trình làm mát, lý thuyết truyền nhiệt, vật liệu polymer, và hiện tượng co rút của sản phẩm nhựa.

- Phương pháp mô phỏng: Mô phỏng co rút của sản phẩm bằng phần mềm Moldex 3D R14

- Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm đo nhiệt độ khuôn, thí nghiệm phun ép nhựa để thu thập mẫu để lấy số liệu phân tích

- Phân tích, so sánh: Phân tích kết quả thực nghiệm và so sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả từ mẫu thực nghiệm

Các vấn đề tồn tại và định hướng nghiên cứu

Hiện nay, trong lĩnh vực kỹ thuật ép phun, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tìm ra các giải pháp hạn chế sự co rút của sản phẩm do ảnh hưởng của nhiệt độ Một trong những giải pháp hiệu quả là điều khiển tối ưu nhiệt độ khuôn bằng phương pháp xung động nhiệt.

Thiết kế tối ưu kênh làm mát đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm độ cong vênh và co rút của sản phẩm nhựa Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là tính phức tạp trong thực hiện, chủ yếu phục vụ cho mục đích nghiên cứu.

Trong một chu kỳ phun ép, sự co rút bắt đầu xuất hiện khi giai đoạn điền đầy kết thúc và nhiệt độ sản phẩm giảm xuống bằng nhiệt độ môi trường Trong giai đoạn giải nhiệt, nhựa chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn, dẫn đến sự co rút mạnh mẽ nhưng bị giới hạn bởi không gian lòng khuôn Sau khi mở khuôn, do chênh lệch nhiệt độ giữa sản phẩm và môi trường, quá trình co rút vẫn tiếp tục diễn ra Ví dụ, với chu kỳ phun ép kéo dài 20 giây, nhiệt độ khuôn 200°C và nhiệt độ nước làm mát ở hai mức 30°C và 15°C, yếu tố ảnh hưởng đến độ co rút được ký hiệu là η.

Hình 1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ co rút của sản phẩm

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp giải nhiệt khuôn với nhiệt độ nước thấp hơn nhiệt độ môi trường đến độ co rút của sản phẩm là rất cần thiết Trong chu kỳ phun ép, nếu sử dụng nước có nhiệt độ thông thường để giải nhiệt khuôn, nhiệt độ mở khuôn sẽ cao hơn, dẫn đến sản phẩm có nhiệt độ cao hơn Điều này làm tăng độ co rút của sản phẩm, vì vậy việc đánh giá ảnh hưởng này là quan trọng để cải thiện chất lượng sản phẩm.

Các nghiên cứu liên quan

1.7.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

- Nghiên cứu của Jonathan Meckley và Robert Edwards [3] về hiệu quả của kênh làm mát bảo hình (conformal cooling) so với kênh làm mát thông thường (conventional cooling) (hình 1.2)

Hình 1.2 Kênh làm mát thông thường và kênh làm mát bảo hình [3]

Mục đích của nghiên cứu này là đánh giá tính năng giải nhiệt của kênh làm mát kiểu bảo hình so với kênh làm mát thông thường

Nghiên cứu này sử dụng ba mẫu insert: mẫu insert thép P20 với kênh làm mát thông thường, mẫu chèn nhanh thép S4 có kênh làm mát thông thường và mẫu chèn nhanh thép S4 với kênh làm mát bảo hình Hai loại nhựa được sử dụng trong nghiên cứu là HDPE (Polyethylene mật độ cao) và PC (Polycarbonate) Thời gian chu kỳ giải nhiệt được thiết lập là 18 giây.

Mẫu insert thép S4 conformal cho thấy khả năng giải nhiệt nhanh hơn từ 3 đến 4 giây, dẫn đến nhiệt độ khuôn sau quá trình giải nhiệt thấp hơn.

Nhiệt độ làm mát của nhựa HDPE đạt từ 60 đến 70 độ, trong khi nhựa PC có nhiệt độ thấp hơn 70 độ sau 4 giây so với mẫu insert thép P20 conventional Đặc biệt, độ chênh lệch nhiệt giữa mặt trong và mặt ngoài của mẫu insert S4 conformal chỉ là 1 độ, thấp hơn nhiều so với 4 độ của mẫu insert P20 conventional Mẫu insert S4 conventional có thời gian làm mát chậm và nhiệt độ sau làm mát cao hơn so với hai mẫu còn lại.

Hình 1.3 Thời gian làm mát của conventional cooling so với conformal cooling [3]

Nghiên cứu của B Nardin và các cộng sự tập trung vào việc ứng dụng mô đun nhiệt điện TEM (thermoelectric modules) vào khuôn ép phun, nhằm tối ưu hóa quá trình gia nhiệt và giải nhiệt cho khuôn một cách hiệu quả.

Hình 1.4 Cấu trúc kênh làm nguội ứng dụng TEM [4]

Kết quả từ thí nghiệm và mô phỏng FEM cho thấy mô đun nhiệt điện có khả năng kiểm soát hiệu quả sự phân bố nhiệt độ trên các phần khác nhau của khuôn trong suốt chu trình phun ép Mô hình này có thể đạt được sự biến thiên nhiệt lên tới 200°C trong 5 giây, trong khi biến thiên nhiệt tại các vị trí kiểm tra có thể đạt 80°C chỉ trong 1,8 giây.

Kết luận: Ứng dụng mô đun nhiệt điện điều khiển thích nghi giúp gia nhiệt và làm mát đồng đều các bề mặt của cavity, từ đó giảm thiểu hiện tượng cong vênh sản phẩm Việc kiểm soát dòng nhựa được thực hiện hiệu quả nhờ vào việc điều chỉnh nhiệt độ trong quá trình phun Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng giải pháp làm mát bằng ứng dụng TEM có thể rút ngắn thời gian làm mát từ 10% đến 25%.

Hình 1.5 Biểu đồ phân bố nhiệt qua phân tích FEM [4]

Nghiên cứu của Andrew S Lamont và Corey J Linden đã chỉ ra rằng phương pháp gia nhiệt và làm mát bằng xung động nhiệt có thể xác định ảnh hưởng của bốn yếu tố chính đến độ cong vênh của sản phẩm ép phun, bao gồm nhiệt độ nước đầu vào (A), nhiệt độ nóng chảy của polymer (B), nhiệt độ khuôn (D) và thời gian làm mát (G).

Kết quả đạt được từ chu trình phun ép tiêu chuẩn với bộ khuôn tích hợp cuộn dây điều khiển xung động nhiệt và cảm biến đo nhiệt độ, áp suất cho thấy tầm quan trọng của yếu tố thời gian trong hai chế độ phun ép thấp và cao.

Trang 9 mát là ảnh hưởng nhiều nhất đến độ cong vênh Thực nghiệm cho thấy với thời gian làm mát cao là 20 giây đến thời gian mát thấp là 10 giây, độ cong vênh của sản phẩm là 1,54mm Yếu tố ảnh hưởng lớn thứ hai đến độ cong vênh là nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nóng chảy của polymer

Hình 1.6 Ảnh hưởng của thời gian làm mát đến độ cong vênh [5]

Nghiên cứu của nhóm tác giả Benjamin A McCalla, Peter S Allan, Peter R Hornsby, Andrew G Smith và Luiz Wrobel, cùng với nhóm tác giả Shia-Chung Chen, Ying Chang, Tsung-Hai Chang và Rean-Der Chien, tập trung vào việc đánh giá và phân tích ảnh hưởng của hệ thống làm mát theo phương pháp xung động dòng chảy đến chất lượng sản phẩm, so với hệ thống làm mát liên tục thông thường.

Nghiên cứu của Shia-Chung Chen và các cộng sự đã chỉ ra mối liên hệ giữa nhiệt độ khuôn, thời gian chu kỳ và thời gian trễ của xung làm mát với độ chính xác độ sâu và độ trùng lặp của rãnh microgroove trên đĩa Blu-ray Kết quả cho thấy phương pháp làm mát bằng xung vượt trội hơn so với phương pháp làm mát thông thường, cải thiện độ chính xác của sự trùng lặp rãnh microgroove ở nhiệt độ khuôn 90°C và thời gian chu kỳ làm mát 11 giây Đặc biệt, nhiệt độ khuôn có thể giảm từ 90°C xuống 82°C, trong khi thời gian chu kỳ ép giảm 10% khi thời gian làm mát xung nhịp là 0,72 giây, bao gồm thời gian trễ 0,4 giây và 0,32 giây cho thời gian mở và đóng khuôn.

Hình 1.7 So sánh độ trùng lặp của rãnh microgroove trên đĩa Blu-ray [7]

1.7.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

- Tác giả Phạm Sơn Minh và Đỗ Thành Trung đã nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp làm nguội theo xung động dòng chảy (pulesd cooling) đến khả năng

Trang 11 điều chỉnh nhiệt độ khuôn trong chu kỳ ép phun [14] Với nghiên cứu này, nước làm nguội sẽ đƣợc điều khiển theo hai trạng thái: chảy trong kênh làm nguội và dừng lại trong những khoảng thời gian nhất định của quá trình ép phun

Trong nghiên cứu này, chúng tôi điều chỉnh thời gian chảy và nhiệt độ nước làm nguội để duy trì nhiệt độ khuôn ở ba mức 84°C, 99°C và 114°C Các thông số khác của quá trình ép phun được giữ nguyên, bao gồm nhiệt độ nhựa.

Nhiệt độ 330 độ C, thời gian làm nguội theo phương pháp gián đoạn là 3 giây Thời gian chu kỳ cho phương pháp làm nguội liên tục là 24 giây, trong khi phương pháp làm nguội theo xung động dòng chảy chỉ mất 12 giây.

Kết quả thí nghiệm và mô phỏng cho thấy, khi nhiệt độ khuôn yêu cầu là 99°C, thời gian chảy của nước làm nguội tăng từ 1 giây lên 2,5 giây, thì nhiệt độ nước cần tăng từ 55°C lên 80°C Ngoài ra, với nhiệt độ khuôn yêu cầu là 114°C, nhiệt độ nước cần tăng từ 77°C đến 99°C.

Hình 1.8 Quan hệ giữa thời gian chảy và nhiệt độ của nước làm nguội ứng với các giá trị nhiệt độ khác nhau [14]

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Công nghệ ép phun

2.1.1 Tổng quan về công nghệ ép phun Ép phun được hiểu là phương pháp sản xuất ra các sản phẩm nhựa từ vật liệu nhựa nóng chảy Quá trình này đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng máy ép phun Hình dáng của sản phẩm là sự sao chép lại hình dạng của lòng khuôn [8]

Vật liệu nhựa được gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp, khiến nhựa chảy dẻo Dưới áp suất lớn từ máy ép phun, nhựa nóng chảy được phun vào khuôn qua hệ thống kênh dẫn cho đến khi đầy Sau khi khuôn được làm nguội, nhựa đông cứng lại và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống ty đẩy.

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ ép phun

2.1.2 Đặc điểm của công nghệ ép phun

Công nghệ ép phun là phương pháp phun nhựa nóng chảy với độ chính xác cao vào khuôn kín, sử dụng áp lực lớn và tốc độ nhanh, giúp rút ngắn thời gian định hình sản phẩm Quá trình này bao gồm các bước: đóng khuôn, phun nhựa, định hình sản phẩm, lấy sản phẩm ra và đóng khuôn lại, được gọi là chu kỳ ép sản phẩm.

Chu trình ép phun bao gồm bốn giai đoạn chính: quá trình điền đầy, định hình, giải nhiệt cho khuôn và mở khuôn.

Bảng 2.1 Chu kỳ ép phun

 Quá trình điền đầy (Filling)

– Trục vít di chuyển về phía khuôn

 Quá trình định hình (Packing Time)

– Lòng khuôn đƣợc điền đầy

– Nhựa trong lòng khuôn vẫn đƣợc giữ ở áp suất cao

– Quá trình giải nhiệt bắt đầu xuất hiện

– Nhựa tại cổng phun (gate) bắt đầu nguội Vít sẽ tạo ra một áp lực định s n để đẩy nhựa nóng chảy vào tấm insert

 Quá trình giải nhiệt cho khuôn

– Sản phẩm đƣợc giải nhiệt đến nhiệt độ mở khuôn

– Trục vít di chuyển về phía sau và tiến hành nạp liệu cho chu kỳ kế tiếp

– Sản phẩm đƣợc tách rời khỏi khuôn

Ngoài những đặc điểm trên, công nghệ ép phun còn có những đặc điểm sau:

- Sản phẩm gia công khá chính xác theo 3 chiều vì đƣợc tạo hình trong khuôn kín

Quá trình nhựa hóa và tạo hình diễn ra qua hai giai đoạn riêng biệt, với nhựa hóa được thực hiện trong xylanh và tạo hình diễn ra trong khuôn.

- Quá trình tạo hình chỉ hình thành sau khi đóng kín hai nửa khuôn lại với nhau

Chế độ nhiệt trong quá trình phun ép phụ thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng Đối với nhựa nhiệt dẻo, nhiệt độ khuôn cần thấp hơn nhiệt độ của nhựa lỏng, trong khi đó, với nhựa nhiệt rắn, nhiệt độ khuôn phải cao hơn nhiệt độ nhựa lỏng.

- Vùng tạo hình của khuôn đƣợc lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng lực của pittong đúc gián tiếp qua nhựa lỏng

- Tùy theo hình dáng hay kích thước của sản phẩm mà chu kỳ ép thay đổi từ vài giây đến vài chục phút

- Gia công bằng công nghệ ép phun tiết kiệm đƣợc nguyên liệu, đồng thời công đoạn hoàn tất cũng tốn ít thời gian Ƣu điểm:

- Tạo ra những sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý

- Tạo ra những sản phẩm có thể tích lớn với thời gian ngắn cao

- Trên cùng một sản phẩm hình dáng giữa mặt trong và mặt ngoài có thể khác nhau

- Khả năng tự động hóa và tính lặp lại cao

- Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc phong phú và độ nh n bóng bề mặt cao nên không cần gia công lại

- Phù hợp cho cả sản xuất hàng khối và đơn chiếc

- Lợi nhuận của công nghiệp nhựa không cao

- Máy ép, khuôn và các thiết bị phụ trợ đắt tiền

- Khó kiểm soát nhiệt độ, độ nhớt, áp suất trong quá trình ép phun

- Điều khiển quá trình khó khăn, máy móc không phải luôn hoạt động tốt.

Hệ thống giải nhiệt khuôn ép phun

2.2.1 Tầm quan trọng và mục đích của hệ thống làm nguội

Nhựa nóng chảy thường được đưa vào khuôn với nhiệt độ từ 150°C đến 300°C Khi nguyên liệu nhựa được đưa vào khuôn ở nhiệt độ này, nhiệt độ cao từ nhựa sẽ truyền vào khuôn và qua hệ thống làm mát để đông đặc nhựa lỏng Nếu hệ thống làm mát không hoạt động hiệu quả, nhiệt độ trong khuôn sẽ tăng lên, dẫn đến việc tăng chu kỳ sản xuất.

Thời gian làm nguội chiếm khoảng 60% chu kỳ ép phun, do đó, việc giảm thời gian làm nguội trong khi vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là rất quan trọng.

Hình 2.2 Thời gian của một chu kỳ ép phun [15]

Do đó, một hệ thống làm nguội khuôn ép phải đạt đƣợc ba mục đích chính sau:

- Giữ cho khuôn có nhiệt độ ổn định để nguyên liệu nhựa có thể giải nhiệt đều

- Giải nhiệt nhanh, tránh trường hợp nhiệt giải không kịp, gây nên hiện tượng biến dạng sản phẩm gây ra phế phẩm

- Giảm thời gian chu kỳ, tăng năng xuất sản xuất

- Thời gian làm nguội (T nguội ) có thể đƣợc tính theo công thức sau [16]:

Hệ số khuếch tán nhiệt:

Trong đó: K: Hệ số khuếch tán nhiệt của nhựa ρ: Tỉ trọng riêng của nhựa (kg/m 3 )

C p : Nhiệt dung riêng của nhựa (

2.2.2 Các thành phần trong hệ thống làm nguội khuôn ép nhựa [16]

A: Bể chứa dung dịch làm nguội (Collection manifold)

C: Ống cung cấp chất làm nguội (Supply manifold)

E: Kênh làm nguội (Regular Cooling Channels)

H: Bộ điều khiển nhiệt độ (Temperature Controller)

Hình 2.3 Các thành phần của hệ thống làm nguội [16]

Truyền nhiệt trong quá trình ép phun

Các hạt nhựa rắn được đưa vào hệ thống cấp liệu của máy ép ở nhiệt độ phòng (T R ) Qua hệ thống nung, vật liệu nhựa đạt đến trạng thái nóng chảy (T 0 ) để phun vào lòng khuôn Sau khi phun, nhựa được làm nguội đến nhiệt độ mở khuôn (T E ) trước khi tách khuôn lấy sản phẩm Nhiệt độ T E thường cao hơn nhiều so với T R, với T R khoảng 20°C đến 25°C.

T E vào khoảng 50 0 C đến 80 0 C tùy thuộc vào loại vật liệu nhựa

Khuôn ép phun hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt, vì phần lớn nhiệt lượng cần thiết để làm chảy nhựa trong quá trình ép phun phải được loại bỏ trước khi nhựa đông đặc và khuôn được mở.

Trong nhiệt học, dẫn nhiệt là quá trình truyền năng lượng nhiệt giữa các phân tử lân cận do chênh lệch nhiệt độ Quá trình này diễn ra từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp hơn, theo định luật thứ hai của nhiệt động học, nhằm cân bằng sự khác biệt nhiệt độ Theo định luật Fourier, nhiệt năng được truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt.

Trang 20 vuông góc với dòng chảy trong một đơn vị thời gian ( ⃗⃗⃗⃗⃗ , bằng với tích của độ dẫn nhiệt và trái dấu của gradien nhiệt độ

Trong đó: ⃗ : Nhiệt năng chảy qua một đơn vị diện tích (W.m -2 )

: Độ dẫn nhiệt của vật liệu (W.m -1 K -1 ) : Gradien nhiệt độ (K.m -1 )

Trong quá trình ép phun, nhiệt độ từ nhựa lỏng được truyền vào khuôn, sau đó tiếp tục vào các kênh làm mát và cuối cùng ra không khí hoặc hệ thống làm nguội Sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhựa lỏng và chất làm mát càng lớn thì năng lượng truyền từ nhựa đến kênh làm mát càng nhiều trong thời gian nhất định Khi chênh lệch nhiệt độ lớn, nhiệt độ khuôn sẽ giảm nhanh hơn Khi nhựa nguội, chênh lệch nhiệt sẽ giảm dần, dẫn đến tốc độ truyền nhiệt gần bằng không Điều này có nghĩa là nếu nhiệt độ môi trường làm mát thấp hơn nhiều so với nhựa lỏng, thời gian chu kỳ làm mát sẽ ngắn hơn.

2.3.1 Truyền nhiệt giữa lưu chất trong kênh dẫn và khuôn ép

Quá trình trao đổi nhiệt giữa chất lỏng trong kênh dẫn và khuôn ép diễn ra thông qua sự truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức, nhờ vào dòng chảy chất lỏng mang nhiệt trong kênh dẫn của khuôn phun ép.

Công thức Newton để xác định hệ số tỏa nhiệt:

Q: Mật độ dòng nhiệt hay nhiệt lƣợng

F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

Trang 21 t w : nhiệt độ của bề mặt vách t f : nhiệt độ của chất lỏng ở xa bề mặt vách

Các tiêu chuẩn đồng dạng cơ bản trong trao đổi nhiệt đối lưu:

Trong đó: : Hệ số dẫn nhiệt; W/m 2 0 K

: Tốc độ dòng chảy; m/s v: Độ nhớt động học; m 2 /s

t: Độ chênh lệch nhiệt độ t = tf - t w ; 0 C g: Gia tốc trọng trường g = 9,81m/s 2 ;

 : Hệ số giản nở thể tích; 1/ 0 K l: Kích thước xác định; m

Công thức xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức khi chất lỏng chảy tầng trong ống (hệ số Re 2300):

+ Đối với không khí: Nu f  0,5  Gr f Pr f  0,25 (đối lưu tự nhiên) (2.11) Trong đó: Pr , Pr f w : Các hệ số tra bảng theo nhiệt độ l ; R

  : Hệ số hiệu chỉnh và hệ số hiệu chỉnh tính đến độ cong của ống.

Co rút của sản phẩm nhựa

Trong quá trình ép phun, hiện tượng co rút xảy ra do sự giảm thể tích của nhựa khi nguội từ nhiệt độ nóng chảy xuống nhiệt độ môi trường, dẫn đến việc xuất hiện các vết lõm trên bề mặt sản phẩm Mặc dù các vết lõm này không ảnh hưởng nhiều đến tính năng của sản phẩm, nhưng chúng làm giảm đáng kể tính thẩm mỹ Hiện tượng co rút thường xảy ra tại những vị trí có độ dày lớn.

Sản phẩm nhựa thường gặp hiện tượng cong vênh do thiết kế không đối xứng và quá trình phun ép không đồng đều, dẫn đến co rút không đều Hiện tượng này làm giảm độ chính xác về kích thước và thể tích, không đáp ứng yêu cầu của khách hàng và ảnh hưởng đến quá trình lắp ráp Hơn nữa, co rút không đều tạo ra ứng suất dư, gây tác động xấu đến cơ tính của sản phẩm Độ co rút của sản phẩm nhựa phụ thuộc nhiều vào các yếu tố thiết kế và quy trình sản xuất.

Trang 23 thông số phun ép nhƣ nhiệt độ khuôn (Mold temperature), áp suất phun (Filling pressure) và thời gian phun (Filling time) Nếu các thông số phun ép đƣợc chọn hợp lý, hiện tƣợng co rút sẽ đƣợc hạn chế và thỏa mãn các yêu cầu của khách hàng Qua các phân tích nêu trên, hiện tượng co rút là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lƣợng và khả năng làm việc của sản phẩm phun ép nhựa

Hình 2.4 Co rút kích thước của sản phẩm nhựa

2.4.1 Mối quan hệ giữa độ co rút và các thông số phun ép

Trong công nghệ ép phun, độ co rút của sản phẩm chịu ảnh hưởng bởi các thông số ép, với yếu tố chính bao gồm áp suất phun, thời gian điền đầy, nhiệt độ khuôn, áp suất bảo áp và thời gian bảo áp.

Hình 2.5 Ảnh hưởng của thông số ép đến độ co rút của sản phẩm [2]

2.4.2 Ảnh hưởng của áp suất phun và thời gian đến độ co rút Áp suất phun và thời gian giữ áp ảnh hưởng rất lớn đến sự co rút của vật liệu trong cavity Áp lực thực tế mà vật liệu phải chịu đƣợc xác định không chỉ bởi áp lực cài đặt máy, mà còn bởi độ nhớt của vật liệu và hình dạng của lòng khuôn Cần chú ý tới ảnh hưởng của áp lực phun đến độ co rút của hai vùng quan trọng: gần cổng phun và ở cuối dòng chảy [2]

2.4.2.1 Co rút ở gần cổng phun

Khu vực gần cổng phun thường có áp suất cao hơn so với các khu vực ở cuối dòng chảy, và mối quan hệ giữa áp suất, thời gian và độ co rút là tương đối đơn giản Khi áp suất đóng khuôn cao và được duy trì đến khi mở khuôn, độ co rút ở khu vực gần cổng phun sẽ giảm Ngược lại, nếu áp suất không được giữ hoặc runner đông đặc, áp suất trong khoang có thể khiến nhựa quay ngược trở lại kênh dẫn, dẫn đến độ co rút ở khu vực gần cổng phun cao hơn so với các phần khác của sản phẩm.

2.4.2.2 Co rút ở khu vực cuối dòng chảy Áp suất phải đƣợc truyền qua dòng nhựa để đến đƣợc cuối lòng khuôn Hình dáng hình học của lòng khuôn, độ nhớt của dòng nhựa, và thời gian điền đầy lòng khuôn đều có ảnh hưởng đến độ co rút ở khu vực cuối dòng chảy Áp suất đóng khuôn cao dẫn đến dòng chảy ban đầu cao và áp suất đƣợc phân bố nhanh chóng trong suốt lòng khuôn Khi lòng khuôn chịu áp lực, dòng chảy của nhựa vào trong cavity sẽ bị thu hẹp nhanh chóng Nói cách khác dòng chảy ban sẽ có áp lực cao hơn dòng chảy theo sau nó Áp suất đóng khuôn thấp sẽ có tác dụng ngƣợc lại Dòng chảy ban đầu sẽ có tốc độ thấp hơn nhiều vì vậy lớp nhựa đông đặc sẽ phát triển nhanh chóng Đồng thời độ co rút thể tích cũng lớn hơn nhiều so với trường hợp áp suất cao

2.4.3 Nguyên nhân dẫn đến sự co rút

Sự co rút của sản phẩm nhựa xảy ra khi vật liệu chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn, chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi áp suất và nhiệt độ dòng nhựa Mối quan hệ giữa áp suất, thể tích và nhiệt độ của vật liệu nhựa được thể hiện qua biểu đồ PVT Các loại nhựa tinh thể và bán tinh thể có độ co rút nhiệt cao hơn so với nhựa vô định hình Độ co rút sẽ giảm khi áp suất phun tăng, nhưng áp suất quá cao có thể vượt quá giới hạn của máy ép Do đó, để giảm độ co rút thể tích, cần kết hợp tăng áp suất với các yếu tố công nghệ khác một cách hợp lý.

Hình 2.6 Biểu đồ PVT cho sản phẩm nhựa [2]

2.4.3.2 Mối quan hệ giữa co rút kích thước (S L ) và co rút thể tích (S V )

Co rút kích thước là kết quả của sự co rút thể tích, nhưng tỷ lệ giữa chúng không phải là một – một Khi nhựa nóng chảy ở trạng thái tự do, độ co rút kích thước sẽ khoảng 1/3 độ co rút thể tích Hiện tượng co rút kích thước thường xảy ra trong quá trình sản xuất.

Trang 26 ra theo ba phương: theo độ dày sản phẩm, phương song song với dòng chảy và vuông góc với dòng chảy Mối quan hệ giữa co rút thể tích và co rút kích thước phụ thuộc chủ yếu vào sự giải phóng ứng suất của sản phẩm nhựa và cấu trúc phân tử của vật liệu nhựa

Độ co rút do giải phóng ứng suất trong sản phẩm thường ít hơn 1/3 so với độ co rút thực tế, vì vật liệu bị hạn chế bởi kích thước của cavity Sản phẩm có thể co lại tự do theo chiều dày, nhưng sự co rút này tạo ra ứng suất dƣ bên trong Tốc độ giải phóng ứng suất phụ thuộc vào đặc tính vật liệu, nhiệt độ nhựa và thời gian làm nguội Quá trình làm nguội không chỉ thúc đẩy giải phóng ứng suất mà còn có thể dẫn đến biến dạng vĩnh viễn Do đó, tốc độ làm mát có ảnh hưởng lớn đến sự giải phóng ứng suất và co rút Để giảm co rút do giải phóng ứng suất, có thể tăng nhiệt độ khuôn, nhưng điều này sẽ kéo dài thời gian chu kỳ làm nguội và ảnh hưởng đến năng suất.

Hình 2.7 Ảnh hưởng của giới hạn lòng khuôn đến độ co rút [2]

Cấu trúc phân tử nhựa ảnh hưởng đến sự co rút của sản phẩm, với co rút theo hướng song song hoặc vuông góc với dòng chảy của nhựa Các loại composite thông thường thường co rút nhiều hơn theo hướng dòng chảy, nhưng điều này không hoàn toàn đúng với composite cốt sợi Chẳng hạn, nhựa polypropylene ở mức độ phân tử thấp sẽ có mức độ co rút cao.

Trang 27 theo hướng dòng chảy, nhưng ở mức độ phân tử cao thì độ co rút theo hướng vuông góc với dòng chảy sẽ nhiều hơn

Hình 2.8 Hướng co rút của nhựa Polypropylene [2]

Vật liệu nhựa sử dụng trong công nghệ ép phun

Polymer là các hợp chất có cấu trúc phân tử với các nhóm nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết hóa học, tạo thành những chuỗi dài và có khối lượng phân tử lớn Trong chuỗi chính của polymer, các nhóm nguyên tử này được lặp lại nhiều lần.

Ví dụ: polyetylen (PE) [-CH2-CH2-]n, Acrylonitrin butadien styren (ABS) [C8H8-C4H6-C3H3N]n, …

2.5.2 Các tính chất của Polymer

Các tính chất cơ học quan trọng của vật liệu nhựa bao gồm độ bền kéo, độ dãn dài, độ cứng, độ dai va đập, độ co rút, khả năng chống mài mòn và modun đàn hồi Những đặc điểm này ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và ứng dụng của nhựa trong các ngành công nghiệp khác nhau.

2.5.2.1 Độ bền cơ học Độ bền cơ học là khả năng chống lại sự phá hủy dưới tác dụng của các lực cơ học Độ bền của một sản phẩm làm bằng vật liệu polymer phụ thuộc nhiều yếu tố nhƣ:

- Chế độ trùng hợp, loại xúc tác, phụ gia…

- Kết cấu, kích thước sản phẩm…

Thông số cơ bản phản ánh độ bền của Polymer bao gồm giới hạn bền, là giá trị ứng suất mà mẫu bị phá hoại trong điều kiện nhất định Giới hạn bền có thể được xác định qua nhiều loại biến dạng khác nhau như biến dạng kéo đứt, biến dạng nén và biến dạng uốn, tương ứng với độ bền kéo đứt, độ bền nén và độ bền uốn.

Độ bền kéo là khả năng của vật liệu chịu lực khi bị kéo dãn bởi một lực xác định, với tốc độ kéo dãn cụ thể, cho đến khi vật liệu bị đứt.

- Độ bền uốn: là khả năng chịu lực của vật liệu khi chịu uốn

- Độ bền nén: là khả năng chịu lực của vật liệu khi bị nén

Giới hạn bền của polymer chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường thử nghiệm và thời gian tác dụng của lực Do đó, để so sánh độ bền giữa các polymer, cần thực hiện các thí nghiệm trong cùng một điều kiện.

- Độ biến dạng tương đối (e): là giá trị biến dạng tăng đến cực đại tại thời điểm đứt

Độ biến dạng cực đại tương đối phụ thuộc vào loại biến dạng, tốc độ biến dạng và nhiệt độ Cụ thể, với vật thể giòn, độ biến dạng cực đại tương đối thường không vượt quá vài phần trăm, trong khi với vật liệu mềm, nó có thể lên tới hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn phần trăm Đặc biệt, trong trường hợp kéo đơn trục, độ biến dạng tương đối cực đại được xác định là độ dãn dài khi vật liệu bị đứt.

Mô đun đàn hồi là một chỉ số quan trọng thể hiện độ cứng và tính chất của vật liệu Nó cho biết mức độ biến dạng của mẫu thử khi chịu tác động của một lực nhất định.

Trang 29 xảy ra đến mức nào Vật liệu đàn hồi lý tưởng, trong quá trình chịu tải, cho đến giới hạn chảy thì độ dãn dài tỷ lệ thuận với ứng suất Hệ số tỷ lệ chính là modun đàn hồi, ký hiệu là E (N/mm 2 )

Tỷ trọng là một chỉ số quan trọng phản ánh tính chất của nguyên liệu nhựa, với giá trị dao động từ 0,9 đến 2 g/cm³ Nhựa có tỷ trọng cao thường có lực kéo đứt, nhiệt độ biến mềm và khả năng kháng hóa chất tốt hơn, trong khi lực va đập và độ nhớt lại giảm.

Tỷ trọng phụ thuộc vào độ kết tinh, độ kết tinh cao thì tỷ trọng cao

Bảng 2.2 Tỉ trọng của một số loại nhựa [15]

Loại polymer Tỉ trọng (g/cm 3 ) Loại polymer Tỉ trọng (g/cm 3 )

Chỉ số nóng chảy là yếu tố quan trọng phản ánh khả năng chảy của vật liệu nhựa, ảnh hưởng đến việc lựa chọn nguyên vật liệu và công nghệ gia công Chỉ số này càng cao cho thấy tính lưu động của nhựa càng lớn, giúp quá trình gia công trở nên dễ dàng hơn Đơn vị đo chỉ số nóng chảy là g/10 phút, được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D1238 trong điều kiện áp suất và nhiệt độ nhất định.

2.5.2.5 Hệ số co rút của nhựa

Hệ số co rút của vật liệu là một thông số quan trọng để khảo sát biến dạng và cong vênh của sản phẩm

Bảng 2.3 Hệ số co rút của một số loại nhựa [15]

PBT (Polybutylene terephalate) 1,5 - 2,0 PET (Polyethylene terephthalate) 1,8 - 2,1

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG

Mô hình, thiết bị thí nghiệm

3.1.1 Giới thiệu mô hình máy điều khiển nhiệt độ khuôn (máy gia nhiệt và làm lạnh nước)

Trong quá trình thí nghiệm, sẽ sử dụng máy gia nhiệt và máy làm lạnh nước để điều khiển nhiệt độ lòng khuôn ở các mức nhiệt khác nhau trong quá trình ép phun.

3.1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điều khiển nhiệt độ khuôn (làm lạnh nước)

Máy làm lạnh nước có khả năng nhận nước ở nhiệt độ cao, bao gồm nước từ môi trường hoặc nước sau khi được dẫn qua khuôn ép Sau đó, nước sẽ đi qua bộ trao đổi nhiệt và được làm lạnh bằng chất làm lạnh Freon.

Nước được làm mát và bơm tuần hoàn qua khuôn ép, với bộ điều khiển nhiệt độ điều chỉnh van làm mát và van sưởi, đảm bảo nhiệt độ nước luôn đạt mức cài đặt.

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy làm lạnh nước

Hình 3.2 Mô hình máy làm lạnh nước

Bảng 3.1 Thông số cơ bản của máy làm lạnh nước Điện áp sử dụng 3 pha 380V – 50Hz

Công suất làm lạnh 17,45 Kw

Vòng tua: 2950 rpm Môi chất làm lạnh Freon

Thể tích bình chứa nước  48 lít

3.1.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điều khiển nhiệt độ khuôn (gia nhiệt nước)

Máy gia nhiệt khuôn được thiết kế với thùng chứa nước, cụm bơm để tuần hoàn nước nóng qua khuôn và tủ điện điều khiển Hai điện trở mayso 220v – 6kw đảm nhiệm việc làm nóng nước, kết hợp với sensor đo nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ nước theo yêu cầu.

Cụm gân bơm hút nước

Kiểm tra mực nước trong bình Cảm biến

Hình 3.3 Cấu tạo máy gia nhiệt nước

Sau khi cài đặt nhiệt độ cho rơle nhiệt, bộ điều khiển sẽ cấp điện cho hai điện trở, làm nóng nước Khi nước đạt nhiệt độ cài đặt, bộ điều khiển ngắt điện hai điện trở, giúp duy trì nhiệt độ ổn định nhờ cảm biến đo nhiệt.

Nước sau khi gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu được đưa vào kênh dẫn của khuôn ép để gia nhiệt khuôn

Hình 3.4 Mô hình máy gia nhiệt nước

Bảng 3.2 Thông số cơ bản của máy gia nhiệt nước Điện áp sử dụng 3 pha 380V Điện trở đun nước (mayso)

Công suất: 220V – 6Kw Chiều dài: 250mm

Cảm biến điều khiển nhiệt PT 100 loại 3 dây Head mouted

Công suất: 3 pha 1,5Kw Vòng tua tối đa: 3480 v/p Lưu lượng bơm 3,8 m 3 /h Thể tích thùng chứa nước  80 lít Đầu ra ống nước Đầu nối thẳng 10 ren 1/8”

Mẫu thí nghiệm được lựa chọn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 11026-3:2015 (ISO 294-3:2002) liên quan đến chất dẻo và đúc phun mẫu thử vật liệu nhiệt dẻo, bao gồm phần 3 về mẫu thử dạng tấm nhỏ và phần 4 về xác định độ co ngót.

3.1.2.1 Chiều dày sản phẩm Đặc tính của sản phẩm có ảnh hưởng lớn đến thời gian gia công và các khuyết tật của sản phẩm từ đó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Để thực hiện nghiên cứu độ co rút của sản phẩm nhựa với ảnh hưởng của kênh dẫn lạnh, ngoài đặc tính sản phẩm phải có dạng tấm thì bề dày thành sản phẩm có ảnh hưởng lớn đến độ co rút Chọn bề dày hợp lý sẽ giúp hạn chế các sai số kết quả thí nghiệm do việc thiết kế sản phẩm không phù hợp

Khi thiết kế sản phẩm nhựa, cần tối thiểu hóa bề dày thành để đảm bảo chức năng sản phẩm Việc tăng bề dày thành có thể dẫn đến sự gia tăng độ co rút của sản phẩm Sản phẩm với thành mỏng sẽ cải thiện hiệu suất và tính năng sử dụng.

Trang 36 suất phun ép do tiết kiệm nguyên liệu và giảm thời gian chu kỳ ép Tuy nhiên bề dày thành chính mỏng sẽ làm sản phẩm nguội nhanh sinh ra ứng suất không đều và làm tăng mức độ cong vênh của sản phẩm Bề dày tối thiểu của sản phẩm đƣợc giới hạn bởi quá trình chảy của vật liệu và áp suất điền khuôn Áp suất điền khuôn không đƣợc vƣợt quá 500bar

Cần hạn chế thiết kế sản phẩm có bề dày không đồng đều, vì sự co rút không đồng nhất giữa các phần sẽ làm tăng độ cong vênh.

Bảng 3.3 Chiều dày sản phẩm nhựa

Vật liệu Chiều dày min

Chiều dày trung bình (mm)

3.1.2.2 Vật liệu nhựa thí nghiệm

Nhựa ABS là loại nhựa phổ biến trong sản xuất linh kiện điện tử, viễn thông, điện lạnh và ngành công nghiệp ô tô Hệ số co rút của nhựa ABS dao động từ 0,4% đến 0,9%, cho thấy tính ổn định ở mức trung bình so với các loại nhựa khác như PP và PA Ở nhiệt độ thấp, nhựa ABS giữ được tính chất vật lý ổn định, chỉ ảnh hưởng đến kích thước sản phẩm Một số thông số cơ bản của nhựa ABS được trình bày trong bảng 3.4.

Bảng 3.4 Tính chất vật lý của nhựa ABS

Khoảng nhiệt độ sử dụng -25 0 C - 60 0 C Độ bền đứt 350 – 600 Kg/cm 2 Độ dãn dài 10 – 50%

3.1.2.3 Hình dạng và kích thước sản phẩm

Sản phẩm có hình dạng tấm với kích thước 100mm x 30mm x 1,5mm, như thể hiện trong hình 3.5 Trong đó, kích thước 20mm và 90mm được chọn để đo độ co rút của sản phẩm sau khi thực nghiệm ép lấy mẫu.

Hình 3.5 Bản vẽ sản phẩm thí nghiệm

3.1.3 Giới thiệu bộ khuôn thí nghiệm

3.1.3.1 Kết cấu khuôn thí nghiệm

Các thành phần chính của khuôn ép dùng trong thí nghiệm sau khi gia công (đƣợc trình bày trong phụ lục 1) :

Nhiệm vụ: Là nửa khuôn để tạo hình sản phẩm ép nhựa

Kích thước: 150mm x 150mm x 35mm

Nhiệm vụ: Tạo hình sản phẩm

Kích thước: 150mm x 150mm x 35mm

Kênh dẫn nước được thiết kế song song với bề mặt lõi khuôn, với mỗi tấm khuôn dương và âm đều có hai kênh dẫn Tiết diện của kênh dẫn nước và khoảng cách giữa kênh dẫn và thành sản phẩm được tham khảo từ tài liệu [15].

Hình 3.8 Kênh dẫn nước trên tấm khuôn dương

- Bộ khuôn lắp ráp hoàn chỉnh:

Hình 3.9 Bộ khuôn hoàn chỉnh

Thí nghiệm đo nhiệt độ khuôn

Mục đích của thí nghiệm là xác định nhiệt độ thực của khuôn ép khi dẫn dòng nước ở các mức nhiệt độ từ lạnh đến nóng, giá trị này được xác định trước qua kênh làm nguội của khuôn Nhiệt độ khuôn thu được sẽ được sử dụng làm thông số mô phỏng và cài đặt cho thí nghiệm phun ép.

3.2.1 Tính nhiệt độ lý thuyết của khuôn khi dẫn nước qua kênh dẫn Ở đây tính đại diện với mức nhiệt độ nước 10 0 C và 90 0 C làm cơ sở đánh giá khi thí nghiệm:

 Trường hợp nhiệt độ nước 10 0 C: Ta có các thông số ban đầu:

- Đường kính kênh dẫn: d = 10mm = 10.10 -3 m

- Nhiệt độ trung bình của vách khuôn: t w 30 0 C

- Nhiệt độ nước chảy trong kênh dẫn: t f 10 0 C

- Tốc độ chảy của dòng nước trong kênh dẫn: 2m s/ [18]

- Tra các hệ số vật lý của nước ở 10 0 C ta được [17]:

 , Hệ số Re > 2300 nên dòng chảy trong ống là dòng chảy rối [17]

+ Trao đổi nhiệt đối lưu giữa khuôn và nước trong kênh dẫn:

Tra hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào tỉ số l d ta đƣợc  l 1,13 [17]

Hệ số hiệu chỉnh tính đến độ cong của ống: R 1 1,77d 1,02

Nhiệt lượng hấp thụ của nước Q F t  w t f 9304,5 0,0225 20  8374,1W Nhiệt độ khuôn chưa xét đến đối lưu nhiệt với nhiệt môi trường:

 (trong đó C : nhiệt dung riêng của nước ở 10 0 C; m là khối lượng tấm khuôn dương)

+ Trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên giữa nhiệt độ môi trường và khuôn ép:

Tra các hệ số vật lý của không khí ở 40 0 C ta đƣợc [17]:

Nhiệt độ bề mặt khuôn 10,5 0 C tra bảng ta đƣợc Pr w 0,705

 , trong đó: gia tốc trọng trường g=9,81m/s 2 ; 1 1

 ; d: diện tích bề mặt hấp thụ nhiệt

 Tiêu chẩn Nusselt: Nu f 0,5  Gr f Pr f  0,25 0,5 38459, 2 0,699    0,25 6,5

Hệ số tỏa nhiệt của không khí:

Lƣợng nhiệt khuôn hấp thụ từ nhiệt độ không khí:

 Vậy nhiệt độ tấm khuôn sau các quá trình trao đổi nhiệt là 11 0 C

 Trường hợp nhiệt độ nước 90 0 C: Ta có các thông số ban đầu:

- Nhiệt độ trung bình của vách khuôn: t w 30 0 C

- Nhiệt độ nước chảy trong kênh dẫn: t f 90 0 C

- Tra các hệ số vật lý của nước ở 90 0 C ta được [17]:

 Hệ số Re > 2300 nên dòng chảy trong ống là dòng chảy rối

+ Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa nước trong kênh dẫn và khuôn ép:

Nhiệt lượng tỏa ra của nước Q F t  w t f 23003, 4 0,0225 60  31054,6W Nhiệt độ khuôn chưa xét đến đối lưu nhiệt với nhiệt môi trường:

 (trong đó C: nhiệt dung riêng của nước ở 90 0 C)

+ Trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên giữa khuôn ép và môi trường:

Tra các hệ số vật lý của không khí ở 40 0 C ta đƣợc [17]:

 , trong đó: gia tốc trọng trường g=9,81m/s 2 ; 1 1

 ; d: diện tích bề mặt tỏa nhiệt

Hệ số tỏa nhiệt khuôn:

 Vậy nhiệt độ của khuôn đạt đƣợc sau các quá trình trao đổi nhiệt là: 88,3 0 C

3.2.2 Các thiết bị thí nghiệm

Thí nghiệm đƣợc tiến hành tại phòng thí nghiệm CAD/CAM/khuôn mẫu của trường Đại học sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm:

- Bộ khuôn thí nghiệm (phần 3.1.3)

- Máy làm lạnh nước (phần 3.1.1.2)

- Máy gia nhiệt nước (phần 3.1.1.3)

- Máy ép nhựa Shine Well 120B (hình 3.10 và phụ lục 2)

- Cảm biến đo nhiệt độ PT100 và rơ le nhiệt BKC LC-72D để hiện thị giá trị nhiệt độ (hình 3.11 và phụ lục 3, 4)

Hình 3.10 Máy ép nhựa dùng trong thí nghiệm

Hình 3.11 Thiết bị đo nhiệt độ khuôn dùng trong thí nghiệm

3.2.3 Quy trình thực hiện thí nghiệm

- Gá đặt bộ khuôn ép lên máy ép nhựa

- Cấp nguồn và cài đặt nhiệt độ cho máy điều khiển nhiệt độ khuôn (máy gia nhiệt nước và máy làm lạnh nước)

- Kết nối ống dẫn nước từ máy điều khiển nhiệt độ đến kênh dẫn nước của khuôn

- Lắp đầu cảm biến của thiết bị đo nhiệt độ vào vị trí đo nhiệt của lòng khuôn

Hình 3.12 Gá lắp chuẩn bị cho thí nghiệm đo nhiệt

 Quá trình thực hiện thí nghiệm

- Ghi nhận giá trị nhiệt độ ban đầu của khuôn ép (nhiệt độ khuôn ở điều kiện nhiệt độ phòng thí nhiệm)

- Mở bơm dẫn nước lạnh (hoặc nước nóng) từ máy điều khiển nhiệt độ nước bơm tuần hoàn qua kênh làm nguội của khuôn ép

Trong nghiên cứu này, chúng tôi ghi nhận sự thay đổi giá trị nhiệt độ khuôn trong khoảng thời gian 600 giây với chu kỳ thay đổi là 1 độ C Các giá trị nhiệt độ nước được cài đặt lần lượt là 5 độ C và 10 độ C.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành thí nghiệm với ba mức nhiệt độ nước là 80°C, 85°C và 90°C Sau mỗi lần thí nghiệm, khuôn sẽ được đưa về nhiệt độ môi trường trước khi tiếp tục với mức nhiệt độ tiếp theo Mỗi mức nhiệt độ sẽ được thực hiện ba lần thí nghiệm, tổng cộng sẽ có 54 lần thí nghiệm được thực hiện.

Mô phỏng thí nghiệm trên phần mềm chuyên dụng

3.3.1 Giới thiệu phần mềm phân tích quá trình ép phun Moldex 3D

Moldex 3D là phần mềm CAE chuyên dụng cho ngành phun ép nhựa, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề liên quan đến công nghệ ép phun Phần mềm này hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế sản phẩm và phân tích sâu các giai đoạn trong chu trình phun ép, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

Hình 3.13 Sơ đồ các bước phân tích bằng Moldex 3D [9]

Phân tích mức độ co rút của sản phẩm là một tính năng quan trọng của phần mềm Moldex 3D Bằng cách thiết lập các thông số đầu vào cho quá trình phun ép, phần mềm này cung cấp kết quả giá trị co rút của sản phẩm theo hai phương X và Y.

3.3.2 Các bước phân tích trên phần mềm

 Khởi động mô đun Moldex 3D Designer

 Xây dựng mô hình phân tích

Hình 3.15 Thiết lập mô hình trong Moldex 3D

 Đặt các thông số phun ép cho bài toán theo các thông số thực nghiệm (bảng 3.5):

Bảng 3.5 Thông số mô phỏng ép phun cho nhựa ABS [19]

Thông số mô phỏng Thời gian điền đầy 0,5 s

Thời gian định hình 5 s Áp suất bảo hòa 60 Mpa

Hình 3.16 Thiết lập các thông số mô phỏng

 Sau khi thiết lập các thông số ép, tiến hành cho phần mềm phân tích

Trong quá trình mô phỏng, kết quả phân tích độ co rút của sản phẩm sẽ được thu thập và so sánh với kết quả thực nghiệm Tại mức nhiệt độ khuôn 50°C, tất cả các quá trình của công nghệ ép phun sẽ được phân tích để kiểm tra tính khả thi của quá trình phun ép Nếu đáp ứng yêu cầu, mô phỏng sẽ được thực hiện cho tất cả các mức nhiệt độ khuôn còn lại.

Thí nghiệm ép nhựa

Thí nghiệm ép được thực hiện nhằm lấy mẫu kiểm tra mức độ co rút của sản phẩm trong quá trình ép phun Nghiên cứu này đánh giá sự co rút của sản phẩm khi áp dụng các mức nhiệt độ khuôn khác nhau, đặc biệt chú trọng đến quá trình làm lạnh kênh dẫn nguội với nhiệt độ nước từ 5°C đến 25°C.

3.4.1 Thiết bị, vật tƣ thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm khuôn mẫu của Trường đại học sƣ phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm:

- Máy ép nhựa Shine Well 120B (hình 3.10)

- Máy điều khiển nhiệt độ khuôn (phần 3.1.1)

- Bộ khuôn thí nghiệm (phần 3.1.3)

- Cảm biến đo nhiệt độ và bộ hiển thị giá trị BKC LC-72D (hình 3.11)

- Nhựa thí nghiệm ép: nhựa ABS

3.4.2 Quy trình thực hiện thí nghiệm ép nhựa

- Gá đặt bộ khuôn lên máy ép và thực hiện quy trình làm lạnh (hoặc gia nhiệt) khuôn nhƣ đã trình bày ở phần 3.2.3

- Thiết lập thông số ép cho máy ép nhựa

Nhiệt độ thực của khuôn (ứng với các mức nhiệt độ nước đã cài đặt) lần lượt là: 11 0 C, 16 0 C, 20 0 C,

60 0 C, 65 0 C, 70 0 C, 73 0 C, 77 0 C, 82 0 C, 86 0 C Áp suất phun 60 kg/cm 2

Thời gian định hình 5 s Áp suất bảo hòa 60 kg/cm 2

Sau khi hoàn tất quy trình dẫn nước qua kênh dẫn để khuôn đạt nhiệt độ yêu cầu, quá trình phun ép tự động sẽ được thực hiện Trong suốt quá trình phun ép, nước sẽ được bơm tuần hoàn liên tục qua kênh dẫn của khuôn cho đến khi khuôn được mở.

 Thực hiện thí nghiệm ép:

Tiến hành thí nghiệm ép nhựa theo quy trình đã trình bày 3.4.2

Để đảm bảo tính ổn định của hệ thống, 5 chu kỳ ép ban đầu sẽ được loại bỏ cho mỗi mức nhiệt độ nước Tiếp theo, các chu kỳ ép sau sẽ tiến hành lấy mẫu để phân tích độ co rút.

Số lần ép lặp lại ở mỗi mức nhiệt độ nước: Độ tin cậy dùng trong kỹ thuật là

 = 95% tra bảng student ta đƣợc t  =1,96; độ chính xác của dụng cụ đo là s 0,01mm, độ chính xác mong đợi E = 0,01mm:

Sau khi hoàn thành quá trình ép phun, các mẫu sản phẩm sẽ được để nguội đến nhiệt độ phòng thí nghiệm Sau đó, kích thước của sản phẩm sẽ được đo để phân tích độ co rút.

Sản phẩm sẽ được đo hai kích thước A và B để xác định giá trị kích thước co rút, bằng cách lấy kích thước thiết kế trừ kích thước thực Giá trị co rút này sẽ được tổng hợp để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ nước trong kênh đến độ co rút của sản phẩm.

Hình 3.17 Hai kích thước kiểm tra của sản phẩm thí nghiệm

Trang 54 Hình 3.18 Đo kiểm tra kích thước sản phẩm sau khi ép

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Phân tích kết quả thí nghiệm đo nhiệt độ khuôn

Thí nghiệm đo nhiệt độ khuôn đã được thực hiện với các mức nhiệt độ nước khác nhau chảy qua kênh làm nguội của tấm khuôn, bao gồm nước lạnh từ 5°C đến 25°C và nước nóng từ 30°C đến 90°C Quy trình thực hiện và thiết bị sử dụng được mô tả chi tiết trong các phần 3.2.2 và 3.2.3 Kết quả thu được đã được tổng hợp như sau:

Kết quả đo nhiệt độ khuôn khi dẫn nước 5 0 C qua kênh dẫn thể hiện ở phụ lục

Hình 4.1 Nhiệt độ khuôn thay đổi theo thời gian với nước 5 0 C

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi dẫn nước ở nhiệt độ 5°C qua kênh, nhiệt độ khuôn giảm nhanh trong 60 giây đầu, sau đó giảm chậm và dao động trong một khoảng nhất định.

11 0 C – 12 0 C Kết thúc thí nghiệm nhiệt độ khuôn ghi nhận đƣợc ổn định ở 11 0 C

Kết quả đo nhiệt độ khuôn khi khi dẫn nước 10 0 C qua kênh dẫn thể hiện ở phụ lục 5 và hình 4.2:

Hình 4.2 Nhiệt độ khuôn thay đổi theo thời gian với nước 10 o C

Nhiệt độ khuôn giảm nhanh trong khoảng 60s đầu thí nghiệm, sau đó ít thay đổi và ổn định ở 16 0 C

Kết quả đo nhiệt độ khuôn khi khi dẫn nước 15 0 C qua kênh dẫn thể hiện ở phụ lục 5 và hình 4.3

Nhiệt độ khuôn giảm nhanh trong 50s giây đầu sau đó ổn định ở mức nhiệt

Kết quả đo nhiệt độ khuôn khi dẫn nước 20 0 C qua kênh dẫn thể hiện ở phụ lục 5 và hình 4.4:

Kết quả thí nghiệm ở nhiệt độ nước 20°C cho thấy nhiệt độ khuôn không ổn định, giảm nhanh trong 50 giây đầu tiên và sau đó biến động do tổn thất nhiệt độ trên đường ống Cuối cùng, nhiệt độ khuôn đạt được sau thí nghiệm là 24°C.

Kết quả đo nhiệt độ khi dẫn nước 25 0 C qua kênh dẫn thể hiện ở phụ lục 5 và hình 4.5:

Nhiệt độ khuôn dao động lớn trong quá trình thí nghiệm do nhiệt độ nước chênh lệch ít so với nhiệt độ môi trường

Kết quả đo nhiệt độ khuôn khi dẫn nước 30 0 C qua kênh dẫn thể hiện qua phụ lục 5 và hình 4.6:

Biên độ dao động nhiệt lớn trong khoảng 300s đầu thí nghiệm, sau đó ổn định và nhiệt độ khuôn đạt 30 0 C

Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ khuôn tăng đều và đạt 35 0 C sau khoảng 200s

Nhiệt độ khuôn tăng nhanh trong khoảng 150s, sau đó ổn định và ít thay đổi Khuôn đạt nhiệt độ 40 0 C sau khoảng 300s

Nhiệt độ khuôn tăng nhanh trong khoảng 150s sau đó tăng chậm và đạt đƣợc nhiệt độ 45 0 C sau khoảng 250s

Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ khuôn tăng đều và ổn định, nhờ vào sự chênh lệch ngày càng lớn giữa nhiệt độ nước thí nghiệm và nhiệt độ khuôn ban đầu.

Kết quả thí nghiệm đạt được tương tự, nhiệt độ khuôn đạt 55 0 C sau khoảng 250s

Nhiệt độ khuôn tăng nhanh trong khoảng 100s, sau đó ổn định và ít thay đổi Khuôn đạt nhiệt độ 60 0 C sau khoảng 350s

Nhiệt độ khuôn tăng đều trong khoảng 200s đầu và đạt nhiệt độ 65 0 C sau khi gia nhiệt khoảng 300s

Nhiệt độ khuôn tăng nhanh trong khoảng 150s sau đó có sự dao động tuy nhiên sau 600s khuôn vẫn đạt nhiệt độ 70 0 C

Sau 600 giây, nhiệt độ khuôn đạt 73°C, chênh lệch 2°C so với nhiệt độ nước thí nghiệm Sự khác biệt này là do tổn thất nhiệt trên đường ống và quá trình trao đổi nhiệt giữa khuôn và môi trường xung quanh.

Kết quả đo nhiệt độ khuôn khi dẫn nước 80 0 C qua kênh dẫn thể hiện qua phụ lục 5 và bảng 4.16:

Nhiệt độ khuôn tăng đều và đạt giá trị 77 0 C sau khoảng 250s

Tương tự mức nhiệt 80 0 C, nhiệt độ khuôn tăng đều và đạt giá trị 82 0 C khi kết thúc thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy trong 50 giây đầu, nhiệt độ khuôn tăng nhanh chóng, sau đó tiếp tục tăng chậm và đạt 86 độ C khi thí nghiệm kết thúc.

Trong quá trình thí nghiệm, nhiệt độ khuôn có sự thay đổi nhanh chóng trong khoảng thời gian 0 đến 150 giây đầu do chênh lệch nhiệt độ giữa nước trong kênh dẫn và nhiệt độ ban đầu của khuôn Tuy nhiên, ở những giây cuối của quá trình thí nghiệm, nhiệt độ khuôn thay đổi chậm lại và dần đạt trạng thái cân bằng.

Nhiệt độ thực tế của khuôn chênh lệch từ 0°C đến 5°C so với nhiệt độ nước cài đặt và từ 3°C đến 5°C so với tính toán, cho thấy đây là giá trị chấp nhận được trong thực nghiệm gia nhiệt bằng nước Sự chênh lệch này chủ yếu do thất thoát nhiệt trên ống dẫn và sự truyền nhiệt từ khuôn ra môi trường Kết quả nhiệt độ khuôn thu được từ thí nghiệm sẽ được sử dụng làm thông số đầu vào cho quá trình mô phỏng và thí nghiệm ép sản phẩm, nhằm phân tích độ co rút của sản phẩm.

Bảng 4.1 Kết quả nhiệt độ khuôn đo được với các mức nhiệt độ nước thí nghiệm

Nhiệt độ nước thí nghiệm ( 0 C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Nhiệt độ khuôn ( 0 C) 11 16 20 24 27 30 35 40 45 Nhiệt độ nước thí nghiệm ( 0 C) 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Nhiệt độ khuôn ( 0 C) 50 55 60 65 70 73 77 82 86

Kết quả mô phỏng thí nghiệm trên phần mềm Moldex 3D

Quá trình mô phỏng được thực hiện theo các bước và thông số trình bày ở mục 3.3.2 với các điều kiện biên của bài toán nhƣ sau:

- Số phần tử chia lưới: 104347

- Số lòng khuôn: 1, thể tích lòng khuôn 4,64083mm 3

- Vật liệu nhựa: 1 loại (ABS)

- Số kênh làm mát thành phần: 4

4.2.1 Mô phỏng kiểm tra các quá trình phun ép ở nhiệt độ khuôn 11 0 C Ở bước này sẽ chọn mức nhiệt độ khuôn 11 0 C để thực hiện mô phỏng các quá trình cơ bản của công nghệ ép phun do ở mức nhiệt này dễ sinh ra các khuyết tật (nhƣ thiếu liệu, bọt khí,…) Nếu kết quả mô phỏng đạt yêu cầu sẽ tiến hành mô phỏng co rút cho các mức nhiệt độ khuôn còn lại

4.2.1.1 Phân tích dòng chảy nhựa

 Quá trình điền đầy Filling

Hình 4.19 Quá trình điền đầy sản phẩm (a) 50%, (b) 75%, (c) 90%, (d) 99%

Quá trình điền đầy 100% sau 0,478s cho thấy thông số ép thiết lập là phù hợp bảo đảm sự thành hình của sản phẩm

Hình 4.20 Kết quả mô phỏng đường hàn (weld line)

Vì dòng chảy nhựa không đổi trên cả sản phẩm nên không xuất hiện đường hàn (hình 4.20)

Hình 4.21 Kết quả mô phỏng khả năng xuất hiện bọt khí

Tại các vị trí điền nhựa cuối cùng và các góc bo, cạnh gân của sản phẩm, có thể xuất hiện bọt khí, nhưng tần suất xuất hiện là thấp (13 điểm) Điều này cho thấy hệ thống thoát khí hoạt động hiệu quả, và áp suất trục vít cùng lực ép đã hoạt động tốt, đảm bảo cho quá trình thí nghiệm tiếp theo.

 Kiểm tra nhiệt độ trung bình của sản phẩm trong quá trình điền đầy

Hình 4.22 Kết quả mô phỏng nhiệt độ trung bình bề mặt sản phẩm khi điền đầy

Đảm bảo nhiệt độ ổn định và liên tục trên toàn bộ sản phẩm sau khi hoàn thành quá trình điền đầy là yếu tố quan trọng cho các thí nghiệm tiếp theo Nhiệt độ trung bình bề mặt đạt khoảng 167 độ C.

4.2.1.2 Mô phỏng quá trình packing

 Kiểm tra áp suất bảo áp

Hình 4.23 Mô phỏng áp suất bảo áp

Kết quả mô phỏng áp suất bảo áp cho thấy áp suất tại các vị trí trên sản phẩm dao động từ 0 đến 32,2 MPa Áp suất nén này giúp sản phẩm được định hình và giữ đúng kích thước ban đầu, nhờ vào quá trình co rút xảy ra trong quá trình làm mát khuôn.

 Kiểm tra nhiệt độ trung bình sau quá trình bảo áp

Hình 4.24 Kết quả mô phỏng nhiệt độ trung bình trong quá trình bảo áp

Nhiệt độ trung bình của sản phẩm sau quá trình bảo áp tập trung vào khoảng

Với nhiệt độ 30 độ C, sự chênh lệch nhiệt độ với môi trường không đáng kể, giúp đảm bảo sản phẩm không bị biến dạng khi mở khuôn Vì vậy, các thông số đã được cài đặt là phù hợp cho quá trình nghiên cứu độ co rút tiếp theo.

 Co rút thể tích của sản phẩm trong quá trình bảo áp

Hình 4.25 Kết quả mô phỏng độ co rút thể tích của sản phẩm trong quá trình bảo áp

Sau quá trình bảo áp, tỉ lệ co rút thể tích trung bình của sản phẩm đạt 1,87%, với tỉ lệ cao nhất là 4,772%, chủ yếu tập trung ở vòi phun và vùng biên của sản phẩm.

4.2.1.3 Mô phỏng quá trình làm mát

 Kiểm tra tỉ lệ lớp đông đặc

Hình 4.26 Kết quả mô phỏng nhiệt tỉ lệ lớp đông đặc sau quá trình cooling

Sản phẩm có tỉ lệ đông đặc là 100% sau khi làm mát do đó đảm bảo điều kiện cho quá trình kiểm tra độ co rút

 Kiểm nhiệt độ sản phẩm sau khi làm mát

Hình 4.27 Kết quả mô phỏng nhiệt độ sản phẩm sau quá trình làm mát

Nhiệt độ của sản phẩm sau làm mát vào khoảng từ 51,4 0 C – 60,5 0 C và trung bình là 54,6 0 C

4.2.2 Mô phỏng co rút của sản phẩm

Mô phỏng độ co rút của sản phẩm phần mềm sẽ cho ra giá trị co rút theo hai phương X và Y, tương ứng với hai kích thước A và B trên sản phẩm thí nghiệm (như hình 4.28) Nhiệt độ khuôn sẽ được điều chỉnh trong khoảng từ 11°C đến 86°C, và giá trị co rút trung bình theo hai kích thước A và B sẽ được tổng hợp để phục vụ cho quá trình phân tích.

Hình 4.28 Kích thước mô phỏng A và B

Kết quả mô phỏng độ co rút của sản phẩm đƣợc trình bày ở bảng 4.2 và phụ lục 6:

Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả mô phỏng độ co rút của sản phẩm

GIÁ TRỊ CO RÚT MÔ PHỎNG

Hình 4.29 Kết quả mô phỏng co rút của kích thước A

Hình 4.30 Kết quả mô phỏng co rút của kích thước B Nhận xét:

Kết quả mô phỏng ở nhiệt độ khuôn 110°C cho thấy tất cả các yếu tố của quá trình ép phun đều đạt tiêu chuẩn, sản phẩm có ngoại quan và kích thước đạt yêu cầu Vì vậy, việc thí nghiệm với các mức nhiệt độ nước tiếp theo là khả thi.

Kết quả mô phỏng trên phần mềm Moldex 3D cho thấy nhiệt độ khuôn có ảnh hưởng rõ rệt đến độ co rút của sản phẩm, với độ co rút tăng dần theo nhiệt độ khuôn Cụ thể, giá trị co rút nhỏ nhất được ghi nhận ở nhiệt độ 11 °C và lớn nhất ở 86 °C Đặc biệt, trong khoảng nhiệt độ từ 11 °C đến 27 °C, độ co rút tăng ít, cho thấy việc làm lạnh kênh dẫn nguội có khả năng giảm độ co rút, từ đó nâng cao độ chính xác của sản phẩm phun ép Kết quả này phù hợp với lý thuyết rằng khi nhiệt độ sản phẩm gần với nhiệt độ môi trường, độ co rút sẽ giảm.

Phân tích kết quả thí nghiệm ép

Thí nghiệm ép nhựa được tiến hành theo quy trình đã nêu ở phần 3.4.2, trong đó các thông số ép được giữ cố định, ngoại trừ nhiệt độ khuôn sẽ được điều chỉnh dựa trên giá trị thu được từ thí nghiệm ở phần 4.1.

Sau khi thực hiện thí nghiệm đo kích thước sản phẩm, chúng tôi đã tổng hợp kết quả để đánh giá tác động của nhiệt độ nước trong kênh làm nguội đến độ co rút của sản phẩm.

4.3.1 Kết quả thí nghiệm ép nhựa

4.3.1.1 Kết quả đo kích thước của sản phẩm khi thí nghiệm ép với nhiệt độ nước 5 0 C

Kích thước sản phẩm đo được khi tiến hành ép phun với nhiệt độ nước 5 0 C đƣợc thể hiện qua bảng 4.3 và hình 4.31:

Bảng 4.3 Kích thước sản phẩm ở thí nghiệm ép với nhiệt độ nước 5 0 C

Nhiệt độ nước nước thí nghiệm 5 0 C (Nhiệt độ thực của khuôn 11 0 C) Sản phẩm Kích thước A (mm) Kích thước B (mm)

Hình 4.31 Sản phẩm thí nghiệm ép ở nhiệt độ nước 5 0 C

Sản phẩm đạt tiêu chuẩn về hình dạng và quá trình ép ổn định, với giá trị co rút kích thước A là 0,330mm và kích thước B là 0,668mm.

Nhiệt độ nước nước thí nghiệm 10 0 C (Nhiệt độ thực của khuôn 16 0 C)

Sản phẩm Kích thước A (mm) Kích thước B (mm)

Giá trị co rút kích thước đo được đã tăng khi thí nghiệm ở nhiệt độ nước 50°C, với giá trị co rút trung bình cho kích thước A là 0,332mm và kích thước B là 0,676mm.

Sản phẩm đáp ứng đầy đủ tiêu chí về hình dạng và kích thước Đặc biệt, giá trị co rút kích thước A hầu như không thay đổi khi thực hiện thí nghiệm ở nhiệt độ nước 50°C.

Giá trị co rút kích thước đo được đã tăng lên so với thí nghiệm trước đó với mức nhiệt độ nước, với kích thước A đạt 0,334mm và kích thước B đạt 0,690mm.

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng giá trị co rút kích thước của sản phẩm tăng lên khi nhiệt độ nước đạt 25°C Quá trình thí nghiệm ép trong khoảng nhiệt độ nước từ 5°C đến 25°C cho thấy độ co rút kích thước có xu hướng gia tăng theo nhiệt độ khuôn Tuy nhiên, sự gia tăng này không đồng đều ở các mức nhiệt độ khuôn khác nhau.

Sản phẩm thí nghiệm ép ở nhiệt độ nước 30°C cho thấy giá trị co rút kích thước A là 0,334mm và kích thước B là 0,702mm, cả hai đều tăng so với mức nhiệt độ nước 25°C.

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi thực hiện phun ép ở nhiệt độ nước 35 độ C, kích thước A co rút 0,340mm và kích thước B co rút 0,708mm.

0 C

Tiêu đề	Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Kênh Dẫn Lạnh Trong Khuôn Phun Ép Đến Độ Co Rút Của Sản Phẩm Nhựa Dạng Tấm
Thể loại	thesis

Định dạng
Số trang	170
Dung lượng	5,01 MB