Ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến chiều cao gân micro của sản phẩm phun ép nhựa

TỔNG QUAN

Sản phẩm nhựa ngày càng trở nên phổ biến trong đời sống và công nghiệp, chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp ép phun Việc xác định các thông số phun ép hợp lý gặp nhiều khó khăn và thường dựa vào kinh nghiệm Điều này đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm có thành mỏng và chiều dài lớn, vì nếu không có kinh nghiệm, khuyết tật sản phẩm dễ dàng xảy ra Đối với sản phẩm nhựa gia dụng, nhiệt độ nhựa thường ít được chú ý, nhưng với các sản phẩm có kích thước lớn, thành mỏng và yêu cầu độ chính xác cao, nhiệt độ nhựa ảnh hưởng lớn đến chất lượng Đối với các chi tiết nhựa yêu cầu độ chính xác cao hoặc thành mỏng, việc điền đầy nhựa là thách thức, như trong các tube phòng thí nghiệm và tấm plastic mỏng Để nhựa có thể điền đầy chi tiết mỏng và đạt kích thước chính xác, nhiệt độ khuôn cần gần bằng nhiệt độ nóng chảy của vật liệu nhựa.

Hình 1.1 Tube trong phòng thí nghiệm

Nghiên cứu trước đây cho thấy, việc chọn nhiệt độ nhựa chính xác sẽ giúp quá trình cân bằng dòng chảy của nhựa lỏng vào khuôn diễn ra dễ dàng hơn Yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đồng đều của sản phẩm trong quá trình sản xuất, đặc biệt là với các loại khuôn có nhiều lòng khuôn với kích thước khác nhau.

Trong quá trình phun ép nhựa, nhiệt độ nhựa lỏng quá thấp có thể dẫn đến việc lòng khuôn không được điền đầy hoàn toàn Hiện tượng này xảy ra do quá trình truyền nhiệt giữa nhựa nóng chảy và lòng khuôn, khi nhựa nóng tiếp xúc với lòng khuôn có nhiệt độ thấp hơn, gây ra hiện tượng đông đặc tại vị trí tiếp xúc Đối với sản phẩm có thành dày, lớp đông đặc này không ảnh hưởng nhiều đến quá trình chảy của nhựa, nhưng với sản phẩm nhỏ và mỏng, nó có thể gây cản trở đáng kể Để khắc phục tình trạng này, nhiều cơ sở sản xuất nhựa đã tăng nhiệt độ nhựa nóng chảy gần với giá trị giới hạn trên của vật liệu Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến nhựa chảy ra ngoài qua hệ thống thoát khí hoặc tạo thành bavia, đồng thời cũng làm tăng nguy cơ tự phân hủy, giảm chất lượng sản phẩm và cơ tính của vật liệu nhựa sau khi ép.

Nhìn chung, dựa vào ảnh hưởng nhiệt độ lên tấm khuôn, quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia làm 2 nhóm chính:

 Nhóm I: Gia nhiệt cả tấm khuôn (volume heating)

 Nhóm II: Gia nhiệt cho bề mặt khuôn (surface heating)

Trong nhóm phương pháp gia nhiệt, gia nhiệt bằng hơi nước được đề xuất với khả năng đạt tốc độ gia nhiệt từ 1oC/s đến 3oC/s Mặc dù phương pháp này có những ưu điểm nhất định, nhưng tốc độ gia nhiệt không được đánh giá cao và quá trình giải nhiệt cho khuôn sẽ gặp nhiều khó khăn.

Hình 1.3 Mô hình thí nghiệm gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước (Steam heating)

Trong một nghiên cứu, tốc độ gia nhiệt được cải thiện đáng kể khi áp dụng phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn (Nhóm II) Việc sử dụng các phương pháp này giúp cải thiện quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn nhờ lớp cách nhiệt trên bề mặt khuôn Nhìn chung, các phương pháp này có khả năng tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25oC.

Hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại được nghiên cứu và ứng dụng trong nhóm gia nhiệt cho bề mặt khuôn, đặc biệt là trong khuôn phun ép nhựa, như thể hiện trong Hình 1.4.

Hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại được ứng dụng hiệu quả trong sản xuất khuôn phun ép sản phẩm dạng micro, như trình bày trong Hình 1.5 Sau khi thực hiện quá trình phun ép, sản phẩm sẽ được kiểm tra khả năng điền đầy khuôn thông qua quét 3D, như thể hiện trong Hình 1.6 Nghiên cứu chỉ ra rằng, với nhiệt độ khuôn đạt 80oC và thời gian gia nhiệt 10 giây, tất cả các cấu trúc micro đều được điền đầy nhựa hoàn hảo.

Hình 1.4 Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại (Infrared Heating

Hình 1.5 Thiết kế của khuôn (a) cho sản phẩm phun ép nhựa dạng micro (b)

Hình 1.6 Các kết cấu dạng micro của sản phẩm được đo bằng phương pháp micro scan 3D

Để đáp ứng nhu cầu gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) đã được nghiên cứu và đánh giá hiệu quả.

[8, 9] Với phương pháp này, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể được tăng từ 60oC đến

Quá trình gia nhiệt ở 120oC trong 2 giây có thể đạt trạng thái bão hòa sau 4 giây Phương pháp "gas heating" mang lại ưu điểm về tốc độ gia nhiệt cao, giúp rút ngắn thời gian chu kỳ sản phẩm Tuy nhiên, cần thiết kế lại khuôn phun ép (Hình 1.7) để tích hợp hệ thống gia nhiệt.

Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas heating) là một kỹ thuật tương tự như các phương pháp gia nhiệt bề mặt và gia nhiệt bằng cảm ứng từ, nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đường hàn và khắc phục các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa.

Hình 1.8 Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ (Induction Heating)

Trong các nghiên cứu gần đây, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ kết hợp với lưu chất giải nhiệt đã được áp dụng để điều khiển nhiệt độ khuôn Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp gia nhiệt khác.

- Tốc độ gia nhiệt cao

- Thời gian gia nhiệt có thể kéo dài đến 20 s

- Có thể ứng dụng cho khuôn phun ép như một module đính kèm, nghĩa là không cần thay đổi kết cấu khuôn có sẵn

Quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa có tác động tích cực đến chất lượng sản phẩm Các phương pháp gia nhiệt hiện nay được áp dụng rộng rãi trong quy trình phun ép sản phẩm nhựa Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra khả năng điền đầy lòng khuôn trong quá trình phun ép, được định lượng thông qua chiều dài dòng chảy nhựa từ vị trí cổng phun đến điểm xa nhất mà nhựa lỏng có thể chảy đến Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào độ bóng bề mặt lòng khuôn và cấu trúc khuôn.

Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc làm rõ ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt lòng khuôn bằng khí nóng đến chiều cao của gân micro, một đề tài chưa được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Mối liên hệ giữa nhiệt độ lòng khuôn và chiều cao của gân micro vẫn chưa được đề cập, do đó, nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về vấn đề này.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lý thuyết truyền nhiệt [4]

Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra qua ba phương thức cơ bản, được phân loại dựa trên cách thức truyền động năng giữa các phân tử của hai vật.

Dẫn nhiệt xảy ra khi các phân tử, nguyên tử hoặc hạt nhỏ như electron ở vùng nóng tương tác với hạt ở vùng lạnh, chuyển giao động năng từ hạt dao động nhanh sang hạt dao động chậm Sức nóng được trao đổi giữa các nguyên tử hoặc phân tử lân cận khi chúng va chạm và dao động, và trong hầu hết vật chất, quá trình này còn được xem như sự dịch chuyển của dòng proton Ngoài ra, trong kim loại, electron dao động nhanh cũng có thể di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Dẫn nhiệt là quá trình quan trọng trong việc truyền nhiệt giữa các chất rắn, đặc biệt khi chúng tiếp xúc với nhau Trong chất rắn, sự dẫn nhiệt diễn ra mạnh mẽ do mạng lưới các nguyên tử nằm ở vị trí cố định và gần gũi, tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi năng lượng thông qua dao động.

Khi mật độ các hạt giảm, khoảng cách giữa chúng tăng lên, dẫn đến sự giảm nhiệt Điều này xảy ra vì khoảng cách lớn giữa các nguyên tử làm giảm số lần va chạm, từ đó giảm khả năng trao đổi nhiệt Do đó, chất lỏng và đặc biệt là khí ít dẫn nhiệt Tuy nhiên, với các chất khí, khi nhiệt độ hoặc áp suất tăng, xác suất va chạm giữa các nguyên tử tăng lên, dẫn đến độ dẫn nhiệt cũng tăng theo.

Tính chất dẫn nhiệt trong lòng vật liệu có thể khác với tính dẫn nhiệt ở bề mặt, nơi có thể tiếp xúc với vật liệu khác

Kim loại như đồng, platinum và vàng là những vật liệu dẫn nhiệt tốt nhờ vào sự di chuyển nhanh chóng của các điện tử tự do trong chúng Các điện tử này chịu trách nhiệm cho hầu hết dòng nhiệt trong kim loại rắn, trong khi proton chỉ mang một phần nhỏ năng lượng nhiệt Độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện của các kim loại thường tương đương nhau, vì điện tử cũng dẫn điện hiệu quả Chẳng hạn, đồng không chỉ là một dây dẫn điện tốt mà còn dẫn nhiệt hiệu quả Hiệu ứng Peltier-Seebeck, một hiện tượng nhiệt điện, cũng xuất phát từ khả năng dẫn nhiệt của điện tử trong các chất dẫn điện.

Dẫn nhiệt trong một vật rắn tương tự như khuếch tán của các hạt trong chất lỏng, khi không có dòng chảy chất lỏng

Hình 2.1 Nguyên lý dẫn nhiệt

Khi nghiên cứu quá trình dẫn nhiệt trong vật thể, Fourier phát hiện rằng lượng nhiệt dQ truyền qua một bề mặt dF tỷ lệ thuận với gradient nhiệt độ, thời gian và diện tích bề mặt.

Nếu quá trình là ổn định:

Q : thông nhiệt lượng (W.m 2 ) ệ số dẫn nhiệt (hệ số tỷ lệ, độ dẫn nhiệt) (W/mK)

F : bề mặt vuông góc với phương dẫn nhiệt (m 2 ) τ : thời gian (s) là gradien nhiệt độ (K.m −1 )

2.1.2 Trao đổi nhiệt đối lưu

Quá trình đối lưu là sự trao đổi nhiệt giữa các khối chất khí hoặc chất lỏng, diễn ra khi các khối này di chuyển từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp.

Hình 2.2 Tỏa nhiệt đối lưu

Tỏa nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt vật rắn với dòng chất lỏng hoặc chất khí chuyển động trên bề mặt đó [4]

Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên là hiện tượng chất lỏng và khí chuyển động mà không cần tác động từ lực bên ngoài Sự chuyển động này xảy ra do sự chênh lệch mật độ phân tử giữa các khu vực có nhiệt độ khác nhau, tạo ra lực tự phát sinh.

 Tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức: Môi trường chuyển động nhờ ngoại lực từ bên ngoài tác động vào như bơm, quạt, máy nén… a b

Hình 23 a: Truyền nhiệt đối lưu tự nhiên, b: Truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức

 Các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình tỏa nhiệt đối lưu

+ Tốc độ chuyển động của khối chất lỏng, chất khí

+ Bản chất vật lý của chất lỏng, chất khí (λ, Cp, Cv ) + Cường độ và sự phân bố trường nhiệt độ

+ Hình dáng, kích thước và vị trí của vách

Nhiệt lượng dQ được truyền từ bề mặt dF của vật thể có nhiệt độ tT sang môi trường xung quanh với nhiệt độ tL, tỷ lệ với hiệu số nhiệt độ giữa chúng Công thức tính toán là dQ = α (tT – tL).dF.dτ, trong đó tT là nhiệt độ của vật thể (°C), tL là nhiệt độ của môi trường (°C), α là hệ số cấp nhiệt, dF là diện tích bề mặt (m²) và dτ là thời gian (s).

Trong đó F [m 2 ]- diện tích bề mặt vật.

Khái niệm chung về khuôn

Khuôn là một bộ phận gồm nhiều chi tiết lắp ghép, tạo thành một khuôn hoàn chỉnh Sản phẩm được hình thành từ khoảng trống giữa hai phần khuôn, nơi mà hình dạng của sản phẩm cần được tạo ra.

Khuôn là thiết bị quan trọng dùng để định hình sản phẩm qua phương pháp tạo hình Nó được thiết kế và chế tạo để phục vụ cho một số lượng chu trình nhất định, có thể là một lần hoặc nhiều lần sử dụng.

Khuôn bao gồm hai 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 2.4 Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng

2.2.1 Kết cấu chung 1 bộ khuôn

Ngoài core và cavity, khuôn còn bao gồm nhiều bộ phận khác nhau Những bộ phận này được lắp ghép với nhau để hình thành các hệ thống cơ bản của bộ khuôn.

Hệ thống dẫn hướng và định vị bao gồm các chốt dẫn hướng, bạc dẫn hướng, vòng định vị, bộ định vị và chốt hồi, có chức năng giữ cho hai phần khuôn được ghép chính xác, đảm bảo lòng khuôn đạt độ chính xác cao.

Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn bao gồm bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa và miệng hun, có nhiệm vụ cung cấp nhựa từ đầu phun của máy ép vào trong lòng khuôn.

Hệ thống đẩy sản phẩm bao gồm các thành phần như chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ và khối đỡ, có chức năng quan trọng trong việc đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi quá trình ép hoàn tất.

Hệ thống lõi mặt bên bao gồm các thành phần như lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hướng, cam chốt xiên và xy lanh thủy lực, có chức năng tháo gỡ những phần không thể tháo (undercut) ngay theo hướng mở của khuôn.

Hệ thống thoát khí bao gồm các rãnh thoát khí, có chức năng loại bỏ không khí tồn đọng trong lòng khuôn, giúp nhựa dễ dàng điền đầy khuôn Điều này không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sản xuất mà còn ngăn ngừa tình trạng bọt khí và cháy sản phẩm.

Hệ thống làm nguội bao gồm các đường nước, rãnh ống dẫn nhiệt và đầu nối, có chức năng ổn định nhiệt độ của khuôn và làm nguội sản phẩm một cách nhanh chóng.

Hình 2.5 Kết cấu chung của một bộ khuôn

Khuôn 2 tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa nằm ngang mặt sản phẩm và khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa

Cổng vào nhựa có thể được thiết kế để sản phẩm và kênh dẫn nhựa tự động tách rời hoặc không tách rời khi 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 vào nhựa

Hình 2.6 Cấu tạo khuôn 2 tấm

 Khuôn 2 tấm tiết kiệm vật liệu hơn, do kênh dẫn nhựa ở bên hông

 So với khuôn 3 tấm thì khuôn 2 tấm đơn giản hơn do không cần có tấm giựt 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

 Khuôn 2 tấm chỉ sử dụng được cho các chi tiết đòi hỏi có độ chính xác thấp hơn so với các loại khuôn nhiều

 Phải tốn nhiều nhiên liệu hơn so với kênh dẫn nóng vì phần xương keo không được sử dụng cho lần phun tiếp theo như trong kênh dẫn nóng

Ứng dụng này phù hợp với các sản phẩm có vòng đời ngắn, đặc biệt là những mặt hàng điện tử dân dụng có thời gian sử dụng chỉ trong vài tháng Nó thích hợp cho các sản phẩm yêu cầu ít miệng phun.

Sử dụng khuôn 2 tấm giá rẻ là giải pháp hiệu quả để sản xuất các sản phẩm dân dụng và đồ dùng cá nhân, phục vụ cho nhu cầu gia đình mà không yêu cầu độ chính xác cao.

MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU

Mô hình khuôn thí nghiệm

Mục đích chính của nghiên cứu này là phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ lòng khuôn đến chiều cao của gân micro Để thực hiện điều này, chúng tôi sẽ thiết kế sản phẩm với hai gân micro có chiều cao 7 mm Bề dày của gân được thiết kế theo hình thang vuông, với đáy lớn có kích thước 0.5 mm và đáy bé là 0.3 mm.

Hình Error! No text of specified style in document 1: Thiết kế sản phẩm

Hình Error! No text of specified style in document 2: Biên dạng sản phẩm

Hình Error! No text of specified style in document 3: Biên dạng mặt phân khuôn

Hình Error! No text of specified style in document 4: Mặt phân khuôn và hướng mở khuôn B2: Tách khuôn thành 2 nửa gọi là khuôn âm và khuôn dương

Hình Error! No text of specified style in document 5: Khuôn âm, khuôn dương và sản phẩm khi mở khuôn

3.1.3 Thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn Để hoàn chỉ thiết kế của bộ khuôn, bên cạnh các chi tiết tiêu chuẩn, các chi tiết / cụm chi tiết đặc thù của khuôn đã được tính toán và thiết kế như sau:

Cụm insert được thiết kế để tạo hình cho các rãnh micro của sản phẩm, đồng thời hỗ trợ quá trình gia nhiệt bằng khí nóng Điều này không chỉ tăng khả năng gia nhiệt mà còn giới hạn vùng gia nhiệt hiệu quả Cụm insert có hình dạng như trong Hình 3.6.

Hình Error! No text of specified style in document 6: Cụm insert

Cụm inser sẽ được lắp vào tấm khuôn di động với hình dạng được thiết kế như HÌnh 3.7

Hình Error! No text of specified style in document 7: Lòng khuôn trên tấm khuôn di động

Tấm khuôn cố định được thiết kế với cấu trúc giữ vững như các bộ khuôn thông dụng khác Hình 3.8 minh họa hình dạng sau khi thiết kế của tấm khuôn cố định.

Hình Error! No text of specified style in document 8: Tấm khuôn cố định

Sau quá trình thiết kế các chi tiết riêng biệt của khuôn, bộ khuôn được lắp ráp trong môi trường CAD như hình 3.9

Hình Error! No text of specified style in document 9: Bộ khuôn hoàn chỉnh

3.1.5 Gia công và lắp ráp bộ khuôn

Mô hình mô phỏng quá trình gia nhiệt cho lòng khuôn

Sau khi hoàn thành thiết kế, các chi tiết đã được gia công như thể hiện trong Hình 3.10 Những chi tiết này sẽ được lắp ráp để hình thành một bộ khuôn hoàn chỉnh, phục vụ cho quá trình thử nghiệm tiếp theo.

3.2 Mô hình mô phỏng quá trình gia nhiệt cho lòng khuôn

Để phục vụ cho việc mô phỏng quá trình gia nhiệt bằng khí nóng, mô hình mô phỏng đã được thiết kế với hai khối chính: khối khí nóng và khối volume stamp, như thể hiện trong Hình 3.11.

- Nung nóng khối gia nhiệt bằng các heater ( điện trở đốt nóng ), ở nhiệt độ 400 0 C

- Khí được dẫn trong ống có đường kính Φ10 mm để gia nhiệt cho tấm Stamp (Hình 3.11)

Hình 3.11 Mô hình thí nghiệm

- Đề tài này sẽ tiến hành khảo sát sự tác động đến nhiệt độ Tmax trong quá trình mô phỏng với 4 thông số sau: (Hình 3.12)

 A: Khoảng cách từ miệng phun đến bề mặt tấm

Hình 3.12 Các thông số khảo sát

- Bảng giá trị các thông số khảo sát, cố định 3 thông số và lần lượt thay đổi thông số còn lại như sau

 W = 20; 23; 26; 29; 32 (mm) Bảng 3.2 Các thông số khảo sát

STT A (mm) T (mm) W (mm) L (mm)

Trong quá trình mô phỏng, Modul CFX trong phần mềm ANSYS 14.5 sẽ được sử dụng để phân tích

Hình 3.13 Modul Fluid Flow (CFX)

Hình 3.14 cho thấy mô hình lưới sẽ được sử dụng trong mô phỏng Ngoài ra, các điều kiện biên cũng được cải đặt như hình 3.15

Hình 3.14 Chia lưới cho mô hình

Hình 3.15 Nhiệt độ khí đầu vào

Thiết bị thực nghiệm

Quá trình thực nghiệm được thực hiện tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh, địa chỉ số 01 Võ Văn Ngân, Linh Chiểu, quận Thủ Đức, TP.Hồ Chí Minh, với máy ép nhựa nhằm nghiên cứu và phát triển các ứng dụng trong ngành công nghiệp nhựa.

3.3.2 Khối gia nhiệt cho khí

Khối gia nhiệt cho khí bao gồm ba tấm gia nhiệt: tấm gia nhiệt trên, tấm gia nhiệt giữa và tấm gia nhiệt dưới, giúp gia nhiệt cho khí khi đi qua Hệ thống này còn có 16 thanh điện trở, cung cấp nhiệt cho các tấm gia nhiệt Các tấm gia nhiệt được chế tạo từ vật liệu thép CT3 và gia công trên máy CNC, với 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:

- Xi lanh hành trình gắn bộ gia nhiệt

- Bo mạch điều khiển nhiệt độ

Hình 3.19 Tay máy điều khiển

Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Thực nghiệm ép sản phẩm và kiểm tra độ điền đầy

- Nung nhựa ở nhiệt độ 265 0 C (nhựa PA6)

- Gia nhiệt bằng khí ở các nhiệt độ tương ứng 100 0 C, 110 0 C, 120 0 C

- 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]

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 trên lý thuyết, các yếu tố như nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nóng chảy của nhựa và áp suất phun đã được xác định là có ảnh hưởng lớn đến quá trình điền đầy khuôn, đặc biệt 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/cm 3 và nhiệt độ nung nhựa là 270 0 C (nhựa PA6) [10]

Theo hình 4.6, với cùng nhiệt độ nhựa và nhiệt độ khuôn, khả năng điền nhựa vào khuôn của PA6 rất tốt Ở nhiệt độ khuôn 100°C, chiều cao gân micro của PA6 đạt 4.13 mm Khi nhiệt độ khuôn tăng lên 110°C, chỉ số này vẫn cao hơn, và tại 120°C, chiều cao gân micro đạt mức tối đa là 7 mm.

Chương 5 Kết luận và hướng phát triển

5.1 Kết luận chung của đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài, phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đã được áp dụng để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến khả năng điền đầy lòng khuôn của gân micro Kết quả nghiên cứu cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa nhiệt độ khuôn và hiệu quả điền đầy, mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo.

Chiều dày T của tấm stamp là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến nhiệt độ, đặc biệt trong khoảng dày từ 0.5 mm đến 1.5 mm Sự thay đổi này tạo ra nhiệt độ chênh lệch lần lượt là 69.3°C và 28.6°C.

Khoảng cách A giữa miệng phun khí nóng và bề mặt khuôn có ảnh hưởng đáng kể, với tổng chênh lệch nhiệt độ đạt 23.7°C khi thay đổi các kích thước của A.

Ảnh hưởng của chiều rộng W và chiều dài L của tấm stamp đến nhiệt độ tại tâm tấm là không đáng kể Cụ thể, nhiệt độ chênh lệch lớn nhất khi thay đổi chiều rộng W chỉ là 3.9°C, trong khi khi thay đổi chiều dài L, nhiệt độ chênh lệch lớn nhất là 5.3°C.

Khảo sát nhiệt độ lớn nhất là rất quan trọng, nhưng cũng cần chú ý đến sự phân bố nhiệt, vì điều này ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm.

Quá trình đo phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn cho thấy những lợi ích nổi bật của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng, đặc biệt đối với khuôn có gân micro.

Khả năng tập trung nhiệt độ tại vùng cần gia nhiệt rất tốt, đặc biệt trong nghiên cứu này, nhiệt độ được tập trung chủ yếu ở khu vực giữa của khuôn Đây là khu vực quan trọng cần duy trì nhiệt độ cao để ngăn chặn việc 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 đã cho kết quả khả quan, cho thấy rằng với các khuôn có hình dạng phức tạp, nó có thể dự đoán chính xác kết quả gia nhiệt Điều này mở ra cơ hội để điều chỉnh cấu trúc khuôn một cách hiệu quả hơn.

5.2 Hướng phát triển của đề tài

Quá trình nghiên cứu các sản phẩm phun ép nhựa có thành mỏng cho thấy phương pháp nâng nhiệt độ khuôn trong quá trình nhựa điền đầy lòng khuôn có khả năng cải thiện chất lượng sản phẩm đáng kể Dựa trên các kết quả này, tác giả đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả chất lượng sản phẩm.

- 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

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–

4) Theodore L Bergman, Adrienne S Lavine, Frank P Incropera, David P DeWitt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th Edition, Wiley

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

BẢN SAO THUYẾT MINH ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƯỢC PHÊ DUYỆT

Kết luận và hướng phát triển