(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phun ép đến độ bền kéo của sản phẩm composite sợi thủ tinh polyme

TỔNG QUAN

Tổng quan hướng nghiên cứu 1 1 Các đề tài nghiên cứu trong nước 1 2 Các đề tài nghiên cứu ngoài nước 3 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 4 1.3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế 5 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 5 1.4 Mục đích nghiên cứu, khách thể nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu 5 1.4.1 Mục đích nghiên cứu 5 1.4.2 Khách thể nghiên cứu 5 1.4.3 Đối tượng nghiên cứu 6 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 6 1.5.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 6 1.5.2 Giới hạn đề tài 6 1.6 Phương pháp nghiên cứu

1.1.1 Các đề tài nghiên cứu trong nước

- Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến quá trình giải nhiệt không liên tục của khuôn phun ép nhựa” năm 2014 – Đại Học Sư Phạm Kỹ

- Đề tài “Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dài dòng chảy của nhựa lỏng trong khuôn phun ép nhựa”

Đề tài của Th.s Dương Thị Vân Anh tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM tập trung vào quy trình phun ép nhựa Việc lựa chọn nhiệt độ hợp lý trong quá trình vận hành máy ép là rất quan trọng, giúp nhựa lỏng dễ dàng lấp đầy khuôn, từ đó giảm thiểu các khuyết tật sản phẩm Điều này đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm nhựa có bề dày nhỏ và chiều dài lớn.

Nghiên cứu này tập trung vào việc gia nhiệt nước giải nhiệt khuôn ở các nhiệt độ cụ thể, sau đó đưa nước vào hệ thống giải nhiệt khuôn để điều chỉnh nhiệt độ khuôn Mục tiêu là tìm hiểu mối quan hệ giữa nhiệt độ khuôn và chiều dài dòng chảy của nhựa lỏng trong lòng khuôn Sau khi thực hiện thí nghiệm, chiều dài sản phẩm sẽ được đo và đánh giá.

Nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ cao hơn sẽ làm tăng chiều dài dòng chảy của nhựa Sử dụng phần mềm mô phỏng Moldflow, quá trình nhựa nóng chảy vào khuôn với các mức nhiệt độ khác nhau có thể được dự đoán một cách chính xác.

- Nghiên cứu “Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa tới độ cong vênh của sản phẩm dạng tấm”

Đề tài nghiên cứu của Ths Lê Võ từ trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM tập trung vào ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ phun đến độ cong vênh của sản phẩm, đặc biệt là các sản phẩm dạng tấm Tác giả đã khảo sát nhiệt độ khuôn trong khoảng từ 30 đến 90 độ C và nhiệt độ nhựa từ 200 đến 280 độ C để đánh giá tác động của hai thông số này.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi nhiệt độ tăng từ 30 đến 90 độ C, độ cong vênh của sản phẩm không thay đổi nhiều, cho phép áp dụng phương pháp tăng nhiệt độ khuôn để điền đầy lòng khuôn Tuy nhiên, khi nhiệt độ nhựa tăng từ 200 đến 280 độ C, độ cong vênh của sản phẩm có sự thay đổi đáng kể Bên cạnh đó, chiều dày của sản phẩm cũng ảnh hưởng lớn đến độ cong vênh của nhựa dạng tấm; cụ thể, khi chiều dày tăng từ 1.0 mm lên 2.5 mm, độ cong vênh giảm từ 1.59 mm xuống 0.27 mm.

Nhóm sinh viên Bùi Thanh Tuấn, Vòng Viễn Giang, Phan Doãn Lợi và Trần Văn Dũng đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp Đại học với đề tài "Thiết kế và chế tạo khuôn ép dùng trong nghiên cứu đường hàn trên sản phẩm nhựa" Luận văn này không chỉ thể hiện sự sáng tạo trong thiết kế mà còn góp phần quan trọng vào nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn trong ngành nhựa.

Trong nghiên cứu này, nhóm đã nâng cao nhiệt độ bề mặt khuôn lên 90C và quan sát sự thay đổi của đường hàn cùng hiện tượng tụ khí tại đó Kết quả cho thấy, khi nhiệt độ khuôn tăng, tính thẩm mỹ của đường hàn được cải thiện và đường hàn trở nên mờ hơn Tuy nhiên, khi nhiệt độ vượt quá 80C, hiện tượng tụ khí xuất hiện rõ ràng hơn.

Hiện nay, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn chủ yếu tập trung vào việc giải nhiệt, nhằm làm nguội khuôn nhanh chóng, trong khi quá trình gia nhiệt vẫn chưa được chú trọng đúng mức Điều này dẫn đến thực trạng sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ dừng lại ở các sản phẩm đơn giản, chất lượng thấp, và chủ yếu phục vụ cho thị trường hàng tiêu dùng Hơn nữa, khả năng hạn chế các khuyết tật trong quá trình sản xuất cũng bị ảnh hưởng bởi sự thiếu quan tâm đến gia nhiệt khuôn.

3 sản phẩm nhựa theo phương pháp gia nhiệt cho khuôn vẫn chưa được xem xét và ứng dụng

1.1.2 Các đề tài nghiên cứu ngoài nước

- Đề tài “Influence of injection molding parameters on the electrical resistivity of polycarbonate filled with multi-walled carbon nanotubes” – năm 2008

Nghiên cứu của Tobias Villmow, Sven Pegel và Petra Pửtschke tập trung vào việc đánh giá tính dẫn điện của hai vật liệu polycarbonate được bổ sung 2% và 5% ống nano carbon Nhóm tác giả đã thay đổi các thông số như áp suất giữ, vận tốc phun, nhiệt độ khuôn và nhiệt độ phun để phân tích ảnh hưởng của chúng đến tính dẫn điện bề mặt và điện trở suất của hai loại vật liệu này.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng vận tốc phun và nhiệt độ phun là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến điện trở suất của các mẫu vật liệu Cụ thể, mẫu 2% ống nano carbon có tới 5 vùng điện trở khác nhau, trong khi mẫu 5% chỉ có 2 vùng Quan sát bằng kính hiển vi điện tử cho thấy, khi vận tốc phun cao và nhiệt độ phun thấp, ống nano carbon được định hướng tốt hơn, dẫn đến tính dẫn điện cao hơn.

- Đề tài “The Influence of molding condition on the shrinkage and roundness of injection molded parts” – năm 2009

Đề tài nghiên cứu của Mustafa Kurt, Yusuf Kaynak, Omer S Kamber, Bilcen Mutlu, Barkin Bakir và Ugur Koklu chỉ ra rằng sự co ngót trong quá trình phun ép nhựa có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Việc lựa chọn thông số ép phun hợp lý là cần thiết để giảm thiểu nhược điểm này, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

Nghiên cứu này của nhóm tác giả tập trung vào việc điều chỉnh các thông số như áp suất phun, nhiệt độ phun và thời gian làm nguội để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến độ co ngót và độ tròn của sản phẩm thông qua phương pháp thực nghiệm Đồng thời, nhóm cũng phân tích mối quan hệ giữa ba thông số này.

Trong quá trình nghiên cứu, các kết quả chỉ ra rằng áp suất phun và nhiệt độ phun là hai yếu tố quan trọng nhất tác động đến độ co ngót, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Kết luận cho thấy rằng chưa có nghiên cứu nào về ảnh hưởng của các thông số ép phun như áp suất phun, nhiệt độ phun và nhiệt độ khuôn đến độ bền kéo của vật liệu nhựa Trong nghiên cứu này, tác giả đã thiết kế và chế tạo bộ khuôn ép phun mẫu uốn theo tiêu chuẩn ASTM D638, tiến hành thí nghiệm kéo để thu thập số liệu thực nghiệm, xử lý số liệu và xây dựng biểu đồ thực nghiệm.

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghệ phun ép đang trở nên phổ biến với nhiều sản phẩm đa dạng, từ dụng cụ học tập như thước và bút đến đồ chơi trẻ em và các đồ dùng phức tạp như bàn, ghế, vỏ tivi và đồng hồ Những sản phẩm này không chỉ phong phú về màu sắc và kiểu dáng mà còn góp phần làm cho cuộc sống của con người thêm đẹp và tiện nghi Sản phẩm nhựa được sản xuất bằng công nghệ phun ép đã trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày Khi công nghệ phun ép phát triển, yêu cầu về chất lượng sản phẩm, đặc biệt là độ bền kéo, ngày càng cao hơn từ phía thị trường.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu công nghệ khuôn phun ép nhựa

Công nghệ ép phun là phương pháp phun nhựa nóng chảy vào khuôn để tạo hình sản phẩm Sau khi nhựa nguội và đông cứng, khuôn sẽ được mở ra và sản phẩm sẽ được đẩy ra ngoài nhờ hệ thống đẩy, mà không xảy ra bất kỳ phản ứng hóa học nào trong quá trình này.

Nhựa hiện diện xung quanh chúng ta qua nhiều sản phẩm từ dụng cụ học tập như thước và bút, đến đồ chơi và các sản phẩm phức tạp như bàn ghế và máy tính Sự đa dạng về màu sắc và hình dạng của sản phẩm nhựa không chỉ làm đẹp cho cuộc sống mà còn mang lại tiện nghi Công nghệ ép phun đã giúp sản xuất các sản phẩm nhựa, trở thành phần thiết yếu trong đời sống Với đặc tính dẻo dai, khả năng tái chế và không phản ứng hóa học với không khí, nhựa đang dần thay thế các vật liệu truyền thống như sắt, nhôm và gang, vốn đang cạn kiệt Hiện nay, nhiều loại máy ép phun hiện đại như Fanuc Roboshot α-S50iA, TM-250G và WL1680 đang được sử dụng trong công nghệ này.

Hình 2.1: Máy ép phun Fanuc RoboShot α-S50iA Sản phẩm nhựa đa dạng từ đơn giản đến phức tạp, kích thước lớn nhỏ khác nhau

Sản xuất bằng công nghệ ép phun cần có: máy ép phun và khuôn

- Nguyên lý hoạt động của máy ép phun:

Nguyên lý ép phun bắt đầu với hạt nhựa được chứa trong phễu cấp nhựa Khi trục vít quay, nhựa được đùn về phía trước và được gia nhiệt để trở nên chảy dẻo Khi trục vít tiến lên, áp suất được hình thành và nhựa dẻo được phun vào lòng khuôn.

- Khuôn (khuôn ép nhưa, khuôn nhựa):

Hình 2.3: Kết cấu bộ khuôn [1]

Tùy thuộc vào yêu cầu sản phẩm mà khuôn có kết cấu đơn giản hay phức tạp: khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm, khuôn nhiều tầng, khuôn có hot runner

- Vật liệu trong công nghệ ép phun

Nhựa, một sản phẩm nhân tạo từ các polyme hữu cơ, là vật liệu chính trong công nghệ ép phun Khi được nung nóng, nhựa sẽ trở nên dẻo và có khả năng chảy, sau đó dưới áp lực cao, nó sẽ được định hình và giữ nguyên hình dạng khi nguội lại.

Có 2 cách phân loại vật liệu nhựa:

 Phân loại theo hiệu ứng nhiệt: có 2 loại

Nhựa nhiệt dẻo có khả năng chảy mềm khi được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy và đông cứng trở lại khi hạ nhiệt, đồng thời có thể tái sinh Ngược lại, nhựa nhiệt rắn khi gia nhiệt sẽ chuyển sang trạng thái rắn và không thể trở về trạng thái ban đầu khi ngừng gia nhiệt, đồng thời không có khả năng tái sinh.

 Phân loại theo ứng dụng:

+ Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng với số lượng lớn, thông dụng trong các vật dụng hằng ngày: PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,

+ Nhựa kỹ thuật: loại nhựa có tính chất vượt trội hơn hẳn nhựa thông dụng, dùng trong các mặt hàng công nghiệp như PC, PA,

+ Nhựa chuyên dụng: loại nhựa tổng hợp, chỉ sử dụng trong 1 số ít trường hợp riêng biệt

Một số loại nhựa kỹ thuật:

+ Độ bền cơ học cao

+ Trong suốt, khả năng in ấn cao

+ Dòn ở nhiệt độ thấp, dễ cháy ở nhiệt độ cao, dễ bị tia UV phá hủy + Khả năng ép phun tốt

+ Khả năng cách điện cực tốt

+ Dùng trong công nghiệp thực phẩm: bao bì 1 lớp, màng phủ ngoài,

+ Dễ cháy, dòn ở nhiệt độ thấp

+ Chống thấm nước, hóa chất

+ Khả năng chống ăn mòn và độ bền mỏi cao

+ Dùng làm thùng chứa dung môi, chai lọ,

+ Độ bền cao, chịu va đập kém

+ Dễ dàng pha màu, độ giãn dài tốt

+ Nhiệt độ biến dạng thấp, tạo khí màu đen

+ Sử dụng cho những sản phẩm rẻ tiền, nhựa tái sinh

+ Dùng làm vỏ, hộp điện, ống,

 Nhựa ABS (Acrylonitrile Butadene Styrene)

+ Độ dai va đập cao ngay cả ở nhiệt độ thấp

+ Khả năng truyền nhiệt thấp, chịu được nhiệt độ cao

+ Khả năng chống mài mòn và ăn mòn cao

+ Tính co ngót thấp, trọng lượng nhẹ

+ Được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm: vỏ màn hình, xe máy, công tắc, mũ bảo hiểm

+ Tính chất cơ học tổng hợp tốt

+ Chịu được các loại dung môi hữu cơ (xăng, dầu mỡ)

+ Không bền với các tác nhân acid

+ Có thể cải thiện tính năng của PA bằng các loại độn và sợi gia cường + Các loại PA phổ biển: PA6, PA66, PA46, PA11, PA12

 PA6 – GF 30% (Polyamide hay Nylon 6,6):

Nhựa PA6 có độ bền và độ cứng cao, với nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong các loại nhựa, đồng thời hấp thụ độ ẩm trong quá trình ép phun Để tăng cường cơ tính vật liệu, thủy tinh là chất thêm phổ biến, cùng với các chất đàn hồi như EPDM và SBR nhằm nâng cao độ bền Với độ nhớt thấp, nhựa PA6 dễ dàng chảy vào lòng khuôn, cho phép sản xuất các sản phẩm có thành mỏng Độ co rút của nhựa này dao động từ 1% đến 2%, và nó thường được sử dụng để chế tạo các chi tiết trong xe hơi cũng như làm vỏ cho các thiết bị máy móc.

Giới thiệu Mold Wizard module mới thiết kế khuôn

Mold Wizard là một module trong phần mềm Unigraphics, hỗ trợ thiết kế khuôn theo tiêu chuẩn với các chi tiết như ti đẩy, chốt hồi, co nước và bu lông được tiêu chuẩn hóa Phần mềm này mang lại lợi thế cho quá trình thiết kế khuôn.

13 người thiết kế có thể dễ dàng nắm bắt toàn diện về khuôn, ta dễ dàng chỉnh sửa theo ý muốn của nhà thiết kế

- Ở đây có thể dễ dàng điều chỉnh kích thước lòng khuôn theo độ co ngót của sản phẩm theo từng loại nhựa

- Phần mềm có các lệnh hỗ trợ tạo khuôn như tạo đường phân khuôn, mặt phân khuôn, dụng cụ bít các lỗ trống, tạo slide, core…

Hình 2.4: Tách khuôn trên Mold Wizard

Phần mềm thiết kế cổng vào nhựa giúp người dùng dễ dàng tạo ra các kiểu cổng theo tiêu chuẩn có sẵn Người dùng có thể lựa chọn từ nhiều loại cổng nhựa khác nhau, bao gồm cổng phun cạnh, cổng dạng quạt, cổng dạng chốt và cổng kiểu ngầm, để phù hợp với nhu cầu thiết kế của mình.

Hình 2.5: Lắp ráp khuôn trên Mold Wizard

Trong thiết kế ti đẩy, người dùng chỉ cần chọn điểm đẩy trên sản phẩm, và phần mềm sẽ hỗ trợ lựa chọn các ti đẩy theo thông số của nhà sản xuất như FUTABA hay HASCO Sau đó, phần mềm tự động tạo lỗ ty đẩy trên các tấm khuôn Chẳng hạn, nếu ti đẩy có đường kính 4mm, phần mềm sẽ tạo lỗ 4mm trên tấm lòng khuôn, trong khi các tấm khác như tấm đỡ hay tấm giữ sẽ có lỗ lớn hơn một chút, ví dụ 4.2mm, để thuận tiện cho việc gia công và lắp ghép.

Khi lựa chọn các chi tiết như bạc cuống phun và vòng định vị, cần chú ý đến phần mềm hỗ trợ cho các loại bạc cuống phun và vòng định vị từ những nhà sản xuất uy tín trên thế giới như FUTABA và HASCO Điều này đảm bảo chất lượng và hiệu suất tối ưu cho sản phẩm.

Hình 2.6: Thiết kế các chi tiết theo tiêu chuẩn 2.3 Phương pháp điều khiển nhiệt khuôn

- Hiện tại có 3 phương pháp điều khiển nhiệt cho khuôn thường được sử dụng: bằng nước, bằng điện trở, bằng khí

2.3.1 Điều khiển nhiệt bằng nước, hơi nước, dầu nóng

Kênh dẫn được khoan xung quanh lòng khuôn và lõi khuôn, cho phép nước nóng, hơi nước, và dầu nóng chảy lưu thông qua lòng khuôn Quá trình này giúp điều chỉnh nhiệt độ cho lòng khuôn và được kiểm soát bằng điện trở nhiệt.

Hình 2.7: Điều khiển nhiệt bằng nước nóng

- Ưu điểm: nhiệt nóng đều cho lòng khuôn

- Nhược điểm: thời gian gia nhiệt lâu, phải có thiết bị gia nhiệt cho nước

2.3.2 Điều khiển nhiệt bằng điện trở

- Trên các lòng khuôn thiết kế các lỗ để cắm điện trở, khi điện trở được nung nóng sẽ truyền nhiệt trực tiếp cho lòng khuôn

Hình 2.8: Điều khiển nhiệt độ khuôn bằng điện trở

- Ưu điểm: thiết bị đơn giản, nhiệt nóng đều cho lòng khuôn

- Nhược điểm: thời gian gia nhiệt lâu

2.3.3 Điều khiển nhiệt bằng khí

- Nguồn khí được thổi qua một vùng nhiệt độ cực cao trước khi được xịt thẳng vào lòng khuôn

- Ưu điểm: nhiệt độ khuôn tăng nhanh

- Nhược điểm: nhiệt độ tăng tức thì, không đều, khó khăn trong điều khiển

Kết luận: Tác giả đã áp dụng phương pháp điều khiển nhiệt bằng nước để đảm bảo nhiệt độ lòng khuôn được phân bổ đồng đều, phù hợp với yêu cầu của thí nghiệm, đồng thời tận dụng hiệu quả thiết bị gia nhiệt bằng nước đã có sẵn.

Sử dụng máy bơm để bơm nước vào bình, sau đó khóa ống dẫn nước khi bình đã đầy Tiến hành gia nhiệt nước trong bình bằng điện trở cho đến khi đạt nhiệt độ mong muốn Sau đó, xả van để nước chảy vào khuôn qua một ống dẫn và trở về bình qua ống khác Khi cảm biến đo nhiệt độ của khuôn đạt yêu cầu, quá trình gia nhiệt sẽ được dừng lại.

Hình 2.9: Máy gia nhiệt nước nóng

Hình 2.10: Nước được gia nhiệt đưa vào lòng khuôn

Hình 2.11: Nước nóng được đưa vào khuôn 2.4 Độ bền của vật liệu

2.4.1 Độ bền uốn của vật liệu

- Là đặc trưng cho sự chống đối của vật liệu với sự tác động phối hợp lực kéo và lực nén

Độ bền uốn của vật liệu, hay còn gọi là điểm cong vênh, là khái niệm chỉ trạng thái giới hạn mà vật liệu bắt đầu bị cong vênh khi chịu ứng suất uốn Trước khi đạt đến giới hạn này, vật liệu vẫn có khả năng chịu đựng ứng suất mà không bị biến dạng vĩnh viễn.

Khi vật liệu được uốn, nó sẽ trải qua biến dạng đàn hồi và trở lại trạng thái ban đầu khi tải trọng được loại bỏ Tuy nhiên, khi vượt qua điểm cong vênh, một số tổ chức nhỏ sẽ xuất hiện và gây ra biến dạng vĩnh viễn, không thể phục hồi trạng thái ban đầu khi tải trọng bị loại bỏ.

Độ bền kéo là khả năng của vật liệu chịu lực kéo cho đến khi bị đứt, với giá trị lực kéo giới hạn được ký hiệu là σk Thông số này rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực như thiết kế chế tạo máy, xây dựng và khoa học vật liệu, giúp đánh giá tính chất cơ học của các vật liệu.

Công thức tính toán ứng suất kéo:

Trong đó F(N) là lực kéo đứt vật liệu có thiết diện A(mm 2 )

- Là khả năng chi tiết chống lại các phá hủy mỏi như tróc rỗ bánh răng, rạn nứt tại bề mặt chi tiết

Quá trình phá hủy mỏi diễn ra khi chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi, bắt đầu từ những vết nứt vi mô ở vùng chịu ứng suất lớn Khi số chu trình làm việc tăng lên, các vết nứt này mở rộng, làm suy yếu chi tiết máy và cuối cùng dẫn đến gãy hỏng.

Hiện tượng phá hủy mỏi, được phát hiện từ giữa thế kỷ 19, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước chi tiết máy Mỏi được coi là một trong những chỉ tiêu tính toán chủ yếu, và thực tế cho thấy khoảng 90% tổn thất của chi tiết máy xuất phát từ các vết nứt mỏi.

Hình 2.12: Biểu đồ mỏi 2.4.4 Độ bền nén

- Độ bền nén của vật liệu là sức chịu đựng của vật liệu khi chịu tác động của lực ép

Hình 2.13: Hướng lực nén lên vật liệu 2.4.5 Độ dẻo của vật liệu

Độ dẻo là đặc tính của vật liệu cho phép nó chịu tác động của lực mà không bị phá hủy, giữ nguyên hình dạng của vật thể rắn Độ dẻo trái ngược với độ dòn, đặc điểm mà vật liệu dễ bị gãy khi chịu lực.

Độ dẻo là chỉ số quan trọng phản ánh khả năng biến dạng của vật liệu dưới ứng suất trượt Các vật liệu như vàng, bạc và nhôm đều có độ dẻo cao, cho phép chúng tự điều chỉnh hình dạng một cách linh hoạt mà không bị phá hủy khi chịu tác động của lực.

 Tiêu chuẩn này dùng để xác định độ bền kéo của vật liệu nhựa có tính mềm, dẻo, và kết quả sẽ có sai số thấp

 Tiêu chuẩn ASTM này phù hợp với những vật liệu sau: nhựa nhiệt dẻo, chất làm đầy

Chiều dài (Length), l: 180 mm ± 2 mm

Chiều rộng (Width), b: 20 mm ± 0.2 mm

Chiều dày (Thickness), h: 2 mm ± 0.2 mm

Hình 2.14 Mẫu thử độ bền uốn theo tiêu chuẩn ASTM D638

Nguyên lý thử nghiệm kéo mẫu thử là kẹp hai đầu bằng má kép (Metal Plugs), sau đó áp dụng lực kéo với tốc độ không đổi cho đến khi mẫu thử bị đứt hoặc đạt giá trị biến dạng lớn nhất 5% Trong quá trình thử nghiệm, lực kéo được ghi lại cho từng mẫu thử cho đến khi xảy ra đứt gãy.

Hình 2.15: Mô hình thử kéo [6]

THIẾT KẾ KHUÔN

Quy trình thiết kế khuôn 22

Quy trình chung thiết kế một bộ khuôn hoàn chỉnh:

Hình 3.1: Quy trình thiết kế khuôn [1]

Sản phẩm được thiết kế theo tiêu chuẩn ASTM D638 để phục vụ cho các thí nghiệm kéo, đảm bảo kích thước và hình dạng chi tiết phù hợp với các yêu cầu trong bảng tiêu chuẩn.

Hình 3.2: Mối quan hệ giữa bề rộng và bề dày của sản phẩm [6]

Để đảm bảo việc thoát khuôn dễ dàng, chúng ta thiết kế các góc vát ở hai vai Thiết kế này được thực hiện dựa trên đồ thị đã được cung cấp.

Đối với sản phẩm hình chữ nhật, thiết kế có thể đơn giản hóa mà không cần góc thoát khuôn Chỉ cần sử dụng ti đẩy để dễ dàng đẩy sản phẩm ra.

Mô hình sản phẩm mẫu thử được thiết kế với mục tiêu tạo ra sự đồng nhất về kích thước và hình dạng Để đạt được điều này, tác giả đã bố trí hai lòng khuôn giống nhau.

3.1.2 Tính toán độ co rút và bố trí lòng khuôn

Khi chế tạo mẫu thí nghiệm uốn bằng phương pháp ép phun, việc tính toán yếu tố co rút phôi là rất quan trọng để đảm bảo kích thước chính xác của mẫu.

Vật liệu thí nghiệm được sử dụng là nhựa PA6 có chứa 30% sợi thủy tinh, với hệ số co rút dao động từ 0.2 đến 0.4% Theo công thức 1 + s, trong đó s là hệ số co rút, chúng ta chọn hệ số co rút là 0.003 Do đó, kích thước lòng khuôn cần thiết sẽ bằng 1.003 lần kích thước của chi tiết cần sản xuất.

Hình 3.4: Sản phẩm sau khi tối ưu hóa thiết kế Hình 3.3: Góc vát thoát khuôn theo lý thuyết [1]

3.1.3 Thiết kế chày khuôn, cối khuôn

- Cối khuôn hay khuôn cố định hay khuôn âm:

- Chày khuôn hay khuôn di động hay khuôn dương được thiết kế theo hình:

3.1.4 Thiết kế hệ thống phun nhựa

- Xác định cổng vào nhựa cho sản phẩm

 Vị trí đặt cổng phun

- Tính toán hệ thống kênh dẫn nhựa

Khi chọn kiểu phun cho khuôn 2 tấm, cần đảm bảo sản phẩm có tính thẩm mỹ cao mà không để lại vết miệng phun trên bề mặt Đồng thời, việc điền đầy sản phẩm nhanh chóng cũng rất quan trọng, cùng với khả năng gia công và chi phí hợp lý trong thời gian hạn chế.

 Từ những lý do đó nên ta chọn kiểu miệng phun cạnh

Hình 3.7: Kết quả phân tích vị trí cổng phun

Dựa vào công thức kích thước miệng phun, ta có thể tính toán các kích thước của miệng phun Đường kính miệng phun được xác định là d = 0.6t, với t là bề dày lớn nhất của sản phẩm, cụ thể là 6mm Do đó, đường kính miệng phun được chọn là 3.6mm.

Chiều dài miệng phun: 0.8d = 0.8x3=2.88mm Ta chọn chiều dài miệng

 Vậy miệng phun có các kích thước như sau:

- Để đảm bảo khả năng di chuyển của dòng nhựa, tránh mất nhiệt trên hành trình

- Tốc độ nguội chậm, tổn thất ma sát ít

Tmax: bề dày lớn nhất của sản phẩm W: khối lượng sản phẩm L: chiều dài kênh dẫn phun là 2.88mm

Hình 3.8: Kích thước miệng phun [1]

- Tâm kênh dẫn ổn định, áp lực hiệu quả

 Chọn kênh dẫn có tiết diện hình tròn Có đường kính D=8 Đường kính kênh dẫn

Tính theo sản phẩm có bề dày lớn nhất

Do đó ta chọn đường kính kênh dẫn theo giá trị trung bình của 2 kết quả trên: D=8mm

Các kích thước của bạc cuống phun được tính toán theo công thức sau:

Hình 3.9: Kích thước cuống phun cho thiết kế [1]

Tmax: bề dày lớn nhất của sản phẩm W: khối lượng sản phẩm

- Bề dày thành sản phẩm là Tmax=6mm  đường kính C của bạc cuống phun theo công thức: C=Tmax + 1.5=6+1.5=7.5mm

- Từ bạc cuống phun trên thị trường, ta tính được góc α = 2,5 o

- Từ kích thước như trên ta tính được chiều dài L của bạc cuống phun tan ∝=𝐶 − 𝐵

 Sau quá trình phân tích và tính toán ta có các kích thước của hệ thống kênh dẫn như sau:

+ Tiết diện kênh dẫn: kênh dẫn hình tròn

+ Đường kính kênh dẫn: 8mm

+ Đường kính cổng phun: 1.0 mm đối với bề dày 2 mm

+ Chiều dài cổng phun: 1 mm

Hình 3.10: Kích thước bạc cuống phun cho thiết kế

3.1.5 Thiết kế hệ thống dẫn hướng và định vị

Hình 3.11: Bạc dẫn ỉ25x30 Hỡnh 3.12: Chốt dẫn hướng ỉ25x64

3.1.6 Thiết kế hệ thống đẩy

Hỡnh 3.15: Ty giật đuụi keo ỉ8x80

Hình 3.18 : Gối đỡ 3.1.7 Thiết kế hệ thống chốt hồi

Chốt hồi của bộ khuôn chịu lực giữa hai tấm đẩy và giữ có khoảng hở 35 mm Tổng khối lượng của hai tấm này là 6.14 kg, từ đó cho phép tính toán momen tác dụng lên các chốt hồi.

Momen tác dụng lên các chốt hồi: Mmax= m*g*l=6.14x9.8x0.038 = 2.29(Nm)

Số lượng chốt hồi là 10  Momen tác dụng lên từng chốt: 0.229(Nm) Độ bền uốn của thép là: [σ]0x10 6 (N/m 2 )

Kết hợp điều kiện và nhu cầu thực tế chọn d= 14 mm

3.1.8 Thiết kế hệ thống thoát khí

Sản phẩm với thiết kế đơn giản sử dụng khe hở giữa ty đẩy và lỗ ty đẩy để thoát khí hiệu quả trong hệ thống thoát.

3.1.9 Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ khuôn

- Hệ thống điều khiển nhiệt độ khuôn ảnh hưởng rất lớn việc hình thành và chất lượng sản phẩm cũng như độ bền của khuôn

- Với bộ khuôn này hệ thống điều khiển nhiệt sử dụng nước nóng và các cảm biến nhiệt để điều khiển nhiệt độ khuôn theo mong muốn

Hình 3.19 Điều khiển nhiệt độ khuôn âm

Hình 3.20 Điều khiển nhiệt độ khuôn dương

3.2 Tính khả thi của sản phẩm ép nhựa

Khối lượng nhựa tối đa mà máy có thể phun trong một lần sử dụng là nhựa PA6 kết hợp với 30% sợi thủy tinh Chúng tôi sẽ tiến hành tính toán và kiểm tra khối lượng sản phẩm dựa trên loại nhựa này để đánh giá tính khả thi của bộ sản phẩm với máy ép nhựa hiện có của trường.

- Khối lượng sản phẩm (bao gồm cả kênh dẫn):

Bảng 3 1: Khối lượng sản phẩm

PA6 + 30% Glass fiber (mass density 20kg/m 3 ) 3.91g

- Khối lượng nhựa tối đa của máy ép trong 1 chu kỳ phun là 7.82g (đối với nhựa PA6 + 30% fiber)

 Thỏa điều kiện của máy ép

 Chiều cao bộ khuôn thiết kế: 170 mm (nằm trong khoảng giới hạn cho phép của máy ép: 140mm ÷ 440mm)

 Thỏa điều kiện của máy ép

 Độ mở của bộ khuôn thiết kế: 40mm nhỏ hơn giới hạn cho phép của máy (380mm)

 Thỏa điều kiện của máy ép

 Vậy bộ khuôn sản phẩm này ép được trên máy ép W-120B SHINE WELL.

Phân tích dòng chảy nhựa để kiểm tra và tối ưu hóa sản phẩm

- Thiết lập thông số chia lưới:

 Vật liệu nhựa phân tích:

Hình 3.21 Chọn vật liệu mô phỏng

- Ta tiến hành phần tích các thông số sau đây để tìm ra kết quả sử dụng cho máy ép phun thực tế:

 Fill time – thời gian điền đầy

- Sau quá trình phân tích thì ta thu được các kết quả sau:

 Fill time – thời gian điền đầy:

 Vùng điền đầy cuối cùng:

Hình 3.22 Thời gian điền đầy cho bộ sản phẩm là 5.012s

Nếu nhiệt độ giảm quá nhanh (trong quá trình làm nguội) thì hiện tượng phun thiếu sẽ xảy ra tại vùng này

 Hướng căng ra của sợi nhựa:

Hình 3.24: Mô phỏng áp suất điền đầy

Vùng điền đầy cuối cùng

Hình 3.23: Nơi điền đầy cuối cùng

Kết quả phân tích hướng dòng nhựa trên bề mặt và bên trong chi tiết cho thấy quá trình phun nhựa trong khuôn, giúp dự đoán bề mặt và cơ tính của sản phẩm sau khi ép Điều này tạo cơ sở để xác định vị trí và kiểu dáng cổng phun nhựa phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ của sản phẩm.

Biểu đồ cho thấy quá trình mất nhiệt trong quá trình di chuyển, với mức giảm nhiệt độ chỉ khoảng 5°C Điều này cho thấy rằng hiện tượng phun thiếu sẽ ít xảy ra, nhờ vào sự mất mát nhiệt tương đối nhỏ này.

 Lỗi đường hàn (Weld lines)

+ Biểu đồ thể hiện những vùng có thể xảy ra lỗi đường hàn sau khi ép

Hình 3.25: Mô phỏng lỗi đường hàn trên sản phẩm

 Tập trung bọt khí (Air trap):

Các vị trí được chỉ ra trong hình là những khu vực đã được điền đầy cuối cùng hoặc là các vùng không gian kín (vai của sản phẩm), dẫn đến việc không khí khó thoát ra ngoài, gây ra hiện tượng tập trung bọt khí.

 Sự co rút thể tích (Volume Shrinkage):

Hình 3.27: Mô phỏng sự co rút thể tích

+ Kết quả phân tích ở hình trên cho thấy sản phẩm bị co rút thể tích lớn nhất là 15.13% tại thời điểm 35.05s

 Lực kẹp khuôn (Clamp Force):

 Độ công vênh của chi tiết (Deflection):

Hình 3.29: Mô phỏng cong vênh của chi tiết

Hình 3.28: Mô phỏng lực kẹp khuôn

Biểu đồ phân tích chỉ ra rằng hiện tượng lõm bề mặt chủ yếu xảy ra ở vùng màu đỏ, cụ thể là tại cuống phun và góc bo của sản phẩm Lỗi này xuất hiện trên bề mặt sản phẩm do sự chuyển tiếp giữa hai độ dày khác nhau và hiện tượng cong vênh xảy ra ở vùng đối diện.

 Độ đông đặc của chi tiết (end of filling)

Hình 3.30: Mô phỏng độ đông đặc của chi tiết

GIA CÔNG KHUÔN HOÀN CHỈNH

Các bộ phận của khuôn

Tiến hành lắp ráp hoàn chỉnh bộ khuôn cùng các linh kiện bằng phần mềm Unigirahics

Hình 4.1: Mô phỏng bộ khuôn trên Unigraphics

- Dựa vào việc bố trí lòng khuôn sản phẩm như trong hình nên từ đó ta chọn bộ khuôn có các thông số sau:

 Kiểu khuôn sử dụng: 2 tấm

 Loại khuôn sử dụng: Futaba – S

 Kích thước bộ khuôn 200 x 280 (mm)

Bộ khuôn sau khi lắp ráp hoàn chỉnh bằng phần mềm unigraphics

Hình 4.2: Kích thước tổng quan của khuôn

Các tấm khuôn

Hình 4.5: Tấm đẩy Hình 4.6: Tấm giữ

Hình 4.7: Tấm lòng khuôn âm Hình 4.8: Lòng khuôn dương

Hình 4.4: Tấm kẹp dưới Hình 4.3: Tấm kẹp trên

Hỡnh 4.13: Bạc dẫn ỉ16x30 Hỡnh 4.14: Chốt dẫn hướng ỉ16x80

Hỡnh 4.15: Chốt hồi ỉ12x84 Hỡnh 4.16: Ty đẩy ỉ4x80

Hỡnh 4.17: Ty giật đuụi keo ỉ4x77

Hình 4.19: Bulông M12x45 (tấm kẹp trên) 4.2 Các tấm khuôn

Khối lượng các tấm khuôn

Bảng 4 1: Khối lượng các tấm khuôn

Tên Thể tích (m 3 ) Khối lượng

Khối lượng riêng của thép CT3 7850kg/m 3

Gia công các tấm khuôn

Hầu hết các chi tiết được bán trên thị trường đều được tiêu chuẩn hóa nên không cần phải gia công lại các chi tiết này

 Chốt dẫn hướng – bạc dẫn hướng

 Hệ thống ty đẩy – chốt hồi

- Quá trình gia công được thực hiện trên các tấm khuôn của bộ khuôn, bao gồm:

Bảng 4 2: Số lượng các tấm khuôn

Tên tấm khuôn Số lượng

- Vật liệu được sử dụng cho các tấm của bộ khuôn đều là thép tấm CT3

- Gia công thô các bề mặt

 Gia công tại xưởng cơ khí của công ty PHÁT TÀI (địa chỉ 19-21 đường 16A phường Bình Hưng Hòa A quận Bình Tân

Gia công gối đỡ

Hình 4.21: Bản vẽ gối đỡ

Bảng 4 3: Gia công gối đỡ

NC Tên nguyên công Máy (vị trí) Dụng cụ cắt

1 Cắt phôi Máy cắt khí Khí axetylen

2 Phay 1 mặt đáy CNC Dao phay mặt đầu

3 Phay các mặt bên CNC Dao phay ngón

4 Phay mặt đáy còn lại CNC Dao phay mặt đầu

5 Khoan 2 lỗ 10.8 suốt CNC Khoan

6 Taro 2 lỗ M12x1.25 Bàn nguội Mũi taro

Bảng 4 4: Phiếu công nghệ gia công gối đỡ

Gia công tấm kẹp dưới

Hình 4.22: Bản vẽ tấm kẹp dưới

Bảng 4 5: Gia công tấm kẹp dưới

NC Tên nguyên công Máy (vị trí) Dụng cụ cắt

1 Cắt phôi Máy cắt khí Khí axetylen

2 Phay 1 mặt đáy CNC Dao phay mặt đầu

3 Phay các mặt bên CNC Dao phay ngón

4 Phay mặt đáy còn lại CNC Dao phay mặt đầu

5 Khoan 4 lỗ  12 suốt CNC Khoan

6 Phay 4 lỗ  22sâu 13 CNC Dao phay ngón

7 Phay lỗ  50suốt CNC Dao phay ngón

Bảng 4.6: Phiếu công nghệ gia công tấm kẹp dưới

Máy phay CNC 3 trục Phôi

Gia công tấm kẹp trên

Hình 4.23: Bản vẽ tấm kẹp trên

Bảng 4 7: Gia công tấm kẹp trên

C Tên nguyên công Máy (vị trí) Dụng cụ cắt

1 Cắt phôi Máy cắt khí Khí axetylen

2 Phay 1 mặt đáy CNC Dao phay mặt đầu

3 Phay các mặt bên CNC Dao phay ngón

4 Phay mặt đáy còn lại CNC Dao phay mặt đầu

5 Khoan 4 lỗ 17 suốt CNC Khoan

6 Khoan 4 lỗ 11suốt CNC Khoan

7 Khoan khoét doa lỗ bạc phun 12 suốt CNC Khoan, khoét, doa

8 Phay lỗ 99.8 sâu 5 CNC Dao phay ngón

9 Phay lỗ 30sâu 15 CNC Dao phay ngón

10 Khoan 2 lỗ  5 sâu 15 CNC Khoan

11 Taro 2 lỗ M6 Bàn nguội Mũi taro

Bảng 4 8: Phiếu công nghệ gia công tấm kẹp trên

Máy phay CNC 3 trục Phôi

Gia công khuôn cố định

Hình 4.24: Bản vẽ khuôn cố định

Bảng 4 9: Gia công khuôn cố định

NC Tên nguyên công Máy (vị trí) Dụng cụ cắt

1 Cắt phôi Máy cắt khí Khí axetylen

2 Phay 1 mặt đáy CNC Dao phay mặt đầu

3 Phay các mặt bên CNC Dao phay ngón

4 Phay mặt đáy còn lại CNC Dao phay mặt đầu

5 Khoan khoét doa 4 lỗ 35 suốt CNC Khoan, khoét, doa

6 Phay biên dạng lòng khuôn CNC Dao phay ngón

7 Phay thô kênh dẫn nhựa CNC Dao phay ngón

8 Phay tinh kênh dẫn nhựa CNC Dao cầu

9 Khoan, khoét, doa lỗ  12 suốt CNC Khoan, khoét, doa

10 Phay cổng vào nhựa CNC Dao phay ngón

11 Khoan 4 lỗ 10.8 sâu 17 CNC Khoan

12 Đóng dấu đường làm mát Bàn nguội Búa, mũi lấy dấu

13 Khoan suốt lỗ kênh dẫn nước 10 6H12 Khoan

Khoan lỗ kênh dẫn nước 10.8 sâu 15

15 Tarô 4 lỗ M12x1.25 Bàn nguội Mũi taro

16 Tarô 4 lỗ kênh dẫn nước

Bảng 4 10: Phiếu công nghệ gia công khuôn cố định

Gia công khuôn di động

Quy trình gia công tấm khuôn di động:

Hình 4.25: Bản vẽ khuôn di động

Bảng 4 11: Gia công khuôn di động

NC Tên nguyên công Máy (vị trí) Dụng cụ cắt

1 Cắt phôi Máy cắt khí Khí axetylen

2 Phay 1 mặt đáy CNC Dao phay mặt đầu

3 Phay các mặt bên CNC Dao phay ngón

4 Phay mặt đáy còn lại CNC Dao phay mặt đầu

5 Khoan khoét doa 4 lỗ  16 suốt CNC Khoan, khoét, doa

6 Khoan khoét doa 4 lỗ  12suốt CNC Khoan, khoét, doa

7 Phay biên dạng lòng khuôn CNC Dao phay ngón

8 Khoan lỗ  6 suốt CNC Khoan

9 Phay thô kênh dẫn nhựa CNC Dao phay ngón

10 Phay tinh kênh dẫn nhựa CNC Dao cầu

11 Khoan, doa 12 lỗ  4 suốt CNC Khoan, doa

12 Phay 4 lỗ 24 sâu 8 CNC Dao phay ngón

13 Phay 4 lỗ 20 sâu 15 CNC Dao phay ngón

14 Khoan 4 lỗ 11sâu 20 CNC Khoan

15 Đóng dấu lỗ kênh dẫn nước, móc câu khuôn Bàn nguội Búa, mũi đóng dấu

16 Khoan suốt lỗ kênh dẫn nước 10 6H12 Khoan

17 Khoan lỗ kênh dẫn nước 11 sâu 15 6H12 Khoan

18 Khoan lỗ móc câu khuôn 12.8sâu 20 6H12 Khoan

19 Tarô 4 lỗ M12 Bàn nguội Mũi taro

20 Tarô 4 lỗ kênh dẫn nước M12 Bàn nguội Mũi taro

23 Tarô móc câu khuôn M14 Bàn nguội Mũi taro

Bảng 4.12: Phiếu công nghệ gia công khuôn di động

Máy phay CNC 3 trục Phôi

Vật liệu C45 Ký hiệu Ghi chú

Gia công tấm đẩy

Hình 4.26: Bản vẽ tấm đẩy

Bảng 4 13: Gia công tấm đẩy

NC Tên nguyên công Máy (vị trí) Dụng cụ cắt

1 Cắt phôi Máy cắt khí Khí axetylen

2 Phay 1 mặt đáy CNC Dao phay mặt đầu

3 Phay các mặt bên CNC Dao phay ngón

4 Phay mặt đáy còn lại CNC Dao phay mặt đầu

5 Khoan 4 lỗ 9 suốt CNC Khoan

6 Phay 4 lỗ ỉ13 sõu 10 CNC Dao phay ngún

Bảng 4 14: Phiếu công nghệ gia công tấm đẩy

Gia công tấm giữ

Hình 4.27: Bản vẽ tấm giữ

Bảng 4 15: Gia công tấm giữ

NC Tên nguyên công Máy (vị trí) Dụng cụ cắt

1 Cắt phôi Máy cắt khí Khí axetylen

2 Phay 1 mặt đáy CNC Dao phay mặt đầu

3 Phay các mặt bên CNC Dao phay ngón

4 Phay mặt đáy còn lại CNC Dao phay mặt đầu

5 Khoan 10 lỗ  4.2 suốt CNC Khoan

6 Phay 10 lỗ  8sâu 5 CNC Dao phay ngón

7 Khoan lỗ  6.2suốt CNC Khoan

8 Phay lỗ  12sâu 5 CNC Dao phay ngón

9 Khoan, khoét, doa 4 lỗ 12 suốt CNC Khoan, khoét, doa

10 Phay 4 lỗ  20 sâu 8 CNC Dao phay ngón

11 Khoan 4 lỗ  9suốt CNC Khoan

12 Tarô 4 lỗ M10x1 Bàn nguội Mũi taro

Bảng 4 16: Phiếu công nghệ gia công tấm giữ

Vật liệu C45 Ký hiệu Ghi chú

Quá trình làm nguội

- Sau khi gia công xong các tấm của bộ khuôn trên máy CNC ta tiến hành quá trình làm nguội

- Chức năng của quá trình làm nguội trong gia công khuôn:

 Loại bỏ những vùng bavia

 Làm sạch bề mặt gia công

 Loại bỏ những đường chạy dao do quá trình lập trình gia công chưa được hoàn hảo

 Các chi tiết mua ngoài thị trường chưa đạt độ chính xác cao, do đó ta phải làm nguội lại cho phù hợp

 Đánh bóng các bề mặt khuôn, các rãnh dẫn, vai.

Đánh bóng bộ khuôn

- Quá trình làm nguội bộ khuôn của nhóm được thực hiện qua các giai đoạn:

 Loại bỏ những bavia, vùng sắc cạnh trên các tấm Các dụng cụ được sử dụng

Quá trình dũa bao gồm ba bước chính: đầu tiên, sử dụng dũa thép để dũa thô; sau đó, dùng dũa kim cương để tinh chỉnh các bề mặt rộng; cuối cùng, áp dụng dũa kim cương nhỏ hơn và dũa kim cương dạng móc để xử lý những vùng hẹp và nhỏ.

Hình 4.28: Dũa kim cương Hình 4.29: Dũa nhỏ - móc

 Dùng máy mài tay kết hợp với đá mài để nới rộng những vùng lỗ

Để tạo bề mặt bóng láng cho lòng khuôn và nâng cao tính thẩm mỹ của sản phẩm sau khi ép, cần sử dụng giấy nhám, sáp mài và hóa chất đánh bóng Giấy nhám được sử dụng theo thứ tự số từ 120 đến 1500, bao gồm các cấp độ 120, 180, 250, 400, 600, 800, 1000, và 1200.

Hình 4.32: Sáp mài Hình 4.33: Giấy nhám

Hóa chất đánh bóng Metal Polish - AutoSol là bước cuối cùng trong quá trình đánh bóng, giúp làm sạch bề mặt lòng khuôn và loại bỏ bụi bẩn còn sót lại sau khi chà nhám Sản phẩm này không chỉ mang lại sự sáng bóng cho bề mặt mà còn bảo vệ lòng khuôn khỏi sự ôxi hóa.

Hình 4.31: Đá mài các loại

Khuôn dương sau khi thiết kế và lắp ráp

Hình 4.38: Ti đẩy, trục dẫn hướng, lò xo

Hình 4.39: Vòng định vị, bạc cuống phun

Hinh 4.40: Khuôn lắp ráp sau khi thiết kế

ÉP MẪU, THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

Các yếu tố ảnh hưởng

Trong công nghệ ép phun, nhiều thông số cần được thiết lập có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính lý hóa của sản phẩm Việc cài đặt các thông số trong quá trình ép phun là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

 Nhiệt độ sấy: Trước khi ép sản phẩm, các hạt nhựa cần được sấy để làm khô, thường nhiệt độ sấy khoảng 100 o C

 Thời gian sây: thường trong khoảng: từ 2 – 4 giờ

 Nhiệt độ nhựa: Nhiệt độ nhựa từ vòi phun vào bạc cuống phun

 Áp suất phun: áp suất tại vị trí vòi phun của máy ép đi vào khuôn

 Nhiệt độ khuôn: nhiệt độ bề mặt lòng khuôn trong quá trình ép sản phẩm

 Tốc độ phun trong khoảng: 80 – 240 mm/s

Các sản phẩm nhựa ngày càng được cải thiện về tính chất cơ lý hóa, đặc biệt là những sản phẩm hoạt động trong môi trường khắc nghiệt Một số đặc tính hóa lý quan trọng của vật liệu nhựa bao gồm độ bền, khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn.

 Lỗi sản phẩm: đường hàn, cong vênh, bavia…

 Tính kháng hay không kháng acid, bazo…

Độ bền kéo là một trong những đặc tính vật lý quan trọng hiện nay, được nhiều người quan tâm Tất cả các sản phẩm gia dụng hàng ngày, bao gồm bàn, ghế và cánh quạt, đều cần đảm bảo độ bền kéo để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng.

62 thiết bị điện tử, oto, hóa chất, máy móc, thiết bị giao thông…đều có thể chịu lực kéo trong quá trình hoạt động

Hiện nay, việc thiết lập các thông số ép phun chủ yếu dựa trên kinh nghiệm và phương pháp thử sai, thiếu nghiên cứu về đặc tính kéo của sản phẩm nhựa sau khi ép Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của ba thông số: nhiệt độ nhựa, áp suất phun và nhiệt độ khuôn đến độ bền kéo của vật liệu nhựa PA6 + 30% Glass fiber, nhằm xác định mối liên hệ giữa các biến độc lập này và độ bền kéo.

Thành lập các điều kiện tiến hành thí nghiệm

Điều kiện đầu vào của thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện nhằm đánh giá tác động của ba thông số chính: nhiệt độ nhựa, áp suất phun và nhiệt độ khuôn đối với độ bền kéo của vật liệu nhựa PA6 chứa 30% sợi thủy tinh.

Xác định khoảng khảo sát: việc lựa chọn khoảng khảo sát cần phải thiết kế các thí nghiệm thăm dò để xác định khoảng khảo sát phù hợp

- Đối với thông số nhiệt độ nhựa: Nhưa PA6 + 30% Glass fiber nóng chảy ở nhiệt độ trong khoảng 255 O C – 260 o C vì thế lựa chọn khảo nằm trong khoảng

- Đối với thông số áp suất phun: tiến hành ép thử để xác định khoảng áp suất ép hợp lý Thông số lựa chọn: 25 – 45 kg/cm 2

Trong quá trình ép thử, nhiệt độ khuôn có sự thay đổi khi được làm nguội Khoảng nhiệt độ khuôn được lựa chọn thường dao động từ 30 độ.

Như vậy với đề tài này, các thông số đầu vào tác giả lựa chọn như sau:

Yếu tố Khoảng khảo sát

Nhiệt độ nhựa 250 o C– 270 o C Áp suất phun 25 – 45 kg/cm 2

Trong quá trình ép phun, các thông số khác sẽ được giữ cố định nhằm nghiên cứu chính xác ảnh hưởng của hai thông số này đến độ bền uốn của sản phẩm.

Bảng 5 2: Các thông số giữ cố định

Thông số phun ép Tốc độ phun 80 – 240 mm/s Nhiệt độ sấy 100 o C Thời gian sấy 3 giờ Độ ẩm cho phép 0.010 – 0.150 %

Tính toán số lượng thí nghiệm

- Việc tính toán số lượng thí nghiệm dựa trên phương pháp quy hoạch thực nghiệm Hiện nay có 2 phương pháp: đơn yếu tố và đa yếu tố

Phương pháp quy hoạch đơn yếu tố cho phép thực hiện nhiều thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của từng yếu tố như nhiệt độ, áp suất phun và nhiệt độ khuôn đến độ bền kéo của nhựa PA6 + 30% Glass fiber Tuy nhiên, phương pháp này không thể đánh giá sự ảnh hưởng tổng thể của cả ba yếu tố trên độ bền kéo của vật liệu.

Phương pháp quy hoạch đa yếu tố cho phép giảm số lượng thí nghiệm, nhưng yêu cầu thí nghiệm phức tạp hơn do cần thay đổi đồng thời cả ba yếu tố Kết quả từ phương pháp này giúp đánh giá ảnh hưởng tổng thể của ba yếu tố đến độ bền kéo của nhựa PA6 có chứa 30% sợi thủy tinh.

Dựa trên phân tích, tác giả đã chọn phương án thí nghiệm đa yếu tố Số lượng thí nghiệm trong phương pháp này được tính theo công thức n = a k + n0.

Trong đó: k là số yếu tố đầu vào a: mức thí nghiệm

64 n0: số thí nghiệm trung tâm

 Thí nghiệm có 3 yếu tố đầu vào: k = 3

 Chọn mức thí nghiệm: mức 3, a = 3

 N0: số thí nghiệm trung tâm, n0 = 3

Như vậy số lượng thí nghiệm cần thực hiện là: 15 thí nghiệm và 3 thí nghiệm trung tâm

- Số lượng thí nghiệm lặp lại: 5 thí nghiệm

- Tổng số mẫu cần cho thí nghiệm: 15 x 5 = 75 thí nghiệm

Dựa trên phương án thí nghiệm đa yếu tố, các giá trị đầu vào được thiết lập với nhiệt độ nhựa từ 250C đến 270C, nhiệt độ khuôn từ 30C đến 70C, và áp suất phun từ 25 đến 45 kg/cm² Tổng số thí nghiệm thực hiện là 75, với khoảng thay đổi giá trị đầu vào thích hợp là 5 đơn vị, nhằm đảm bảo đạt được kết quả chính xác nhất.

Quy trình tiến hành thí nghiệm

- Bước 1: Xác định khối lượng nhựa PA6 + 30% Glass fiber cần thiết cho việc ép mẫu thử

- Bước 2: Đưa nhựa vào thùng để tiến hành sấy, nhiệt độ sấy 100 o C, thời gian sấy 3 giờ

Để tiến hành ép mẫu, bước 3 yêu cầu sử dụng máy ép với các thông số đã được cài đặt Mỗi mức thí nghiệm cần 5 mẫu, và khi chuyển sang mức thí nghiệm mới, cần loại bỏ 5 mẫu ban đầu để đảm bảo sự ổn định Sau mỗi lần ép, chỉ lấy 1 mẫu, với tổng số lần ép là 80 lần.

- Bước 4: Tách sản phẩm ra khỏi kênh dẫn và đánh dấu mã hóa sản phẩm

- Bước 5: Kiểm định chất lượng mẫu đảm bảo đặc tính hình học cho phép theo tiêu chuẩn ASTM D638

- Bước 6: Thí nghiệm đo độ bền uốn trên máy thử kéo Instron 3369 (Mỹ)

Thực hiện thí nghiệm

Hình 5.2: Máy đo độ bền kéo Instron 3369

- Điều kiện thí nghiệm áp dụng theo tiêu chuẩn ASTM D638 như sau:

 Tốc độ chày: 2 mm/phút

Hình 5.4: Máy đo độ bền kéo instron

Hình 5.5: Thí nghiệm uốn trên máy instron 3369

Hình 5.6: Mẫu kéo sau khi thí nghiệm

- Kết quả thí nghiệm sau 75 lần đo:

Hình 5.7: Biểu đồ kéo vật liệu nhựa [6]

Hình 5.8: Bản vẽ phần xuất hiện đường hàn Bảng 5.3: Lực kéo phá hoại

Công thức xác định độ bền kéo: b a

Trong đó: k - ứng suất kéo (MPa)

PMax - lực phá hủy mẫu (N) a.b – diện tích chịu lực của mẫu thử (mm 2 ) Biết: 1kgf = 9.8067N

5 trường hợp đầu: đồng thời thay đổi nhiệt độ khuôn, còn các thông số khác đều không đổi nhằm mục đích kiểm tra độ bền của sản phẩm

Trường hợp 6, 7, 8, 9, 10: chỉ thay đổi nhiệt độ nhựa còn các thông số khác đều không đổi nhằm mục đích kiểm tra độ bền của sản phẩm

Trường hợp 11, 12, 13, 14, 15: chỉ thay đổi áp suất phun còn các thông số khác đều không đổi nhằm mục đích kiểm tra độ bền của sản phẩm

- Bảng kết quả 75 thí nghiệm trên máy đo độ kéo instron 3369:

5.5.4.1 5 trường hợp đầu: đồng thời thay đổi nhiệt độ khuôn còn các thông số khác đều không đổi nhằm mục đích kiểm tra độ bền kéo của sản phẩm

Nhiệt độ nhựa (  C) Áp suất phun (kg/cm 2 )

Bảng 5.4: Kết quả kéo (5 trường hợp đầu)

Nhiệt độ nhựa (  C) Áp suất phun (kg/cm 2 )

Trung bình (kgf) Độ bền  k ( MPa)

Hình 5.9: Biểu đồ giới hạn độ bền kéo theo nhiệt độ khuôn

Dựa vào kết quả ở biểu đồ (hình 5.9) ta thấy rằng:

Khi nhựa được gia nhiệt đến 260C, các lớp nhựa sẽ trượt lên nhau, dẫn đến hiện tượng ma sát trượt Quá trình này diễn ra trong một khoảng thời gian nhất định, tạo ra các tác động đáng chú ý đến tính chất của vật liệu.

71 sát sẽ phát sinh ra nhiệt làm tăng nhiệt độ nhựa nên nhựa sẽ dễ chảy hơn do đó làm tăng độ bền kéo

 Khi nhiệt độ khuôn tăng (Mold Temp) làm cho nhựa dễ chạy do đó lực kéo (Strength) của nhựa cũng tăng lên làm tăng độ bền kéo nhụa

Trong phần 5.5.4.2, chúng ta sẽ xem xét 5 trường hợp tiếp theo từ 6 đến 10, trong đó chỉ thay đổi nhiệt nhựa mà giữ nguyên các thông số khác Mục đích của việc này là để kiểm tra độ bền kéo của sản phẩm.

Bảng 5.5: Kết quả kéo (trường hợp tiếp theo)

Nhiệt độ nhựa (  C) Áp suất phun (kg/cm 2 )

Trung bình (kgf) Độ bền  k ( MPa)

Hình 5.10: Biểu đồ giới hạn độ bền kéo theo nhiệt độ nhựa

Dựa trên kết quả ở biểu đồ (hình 5.10) ta thấy rằng:

 Khi tăng nhiệt độ làm tăng khả năng khuếch tán các phần tử nhựa cho nên hạt nhựa dễ chảy hơn do đó lực kéo tăng lên

Trong phần 5.5.4.2, chúng ta sẽ xem xét 5 trường hợp tiếp theo từ 11 đến 15, trong đó chỉ điều chỉnh áp suất phun mà giữ nguyên các thông số khác Mục đích của việc này là để kiểm tra độ bền kéo của sản phẩm.

Bảng 5.6: Kết quả kéo (trường hợp cuối)

Nhiệt độ nhựa (  C) Áp suất phun (kg/cm 2 )

Trung bình (kgf) Độ bền  k ( MPa)

Hình 5.11: Biểu đồ giới hạn độ bền kéo theo áp suất phun

Dựa trên kết quả ở biểu đồ (hình 5.11) ta thấy rằng:

 Khi áp suất phun tăng thì độ bền kéo sản phẩm nhựa cũng sẽ tăng theo

Khi áp suất phun đạt mức tối đa, vận tốc dòng chảy tăng lên, dẫn đến áp suất không khí tăng Ở áp suất 45 kg/cm2, hiện tượng bọt khí (air trap) xuất hiện trong sản phẩm nhựa, làm giảm độ bền kéo của sản phẩm.