Nghiên cứu phân bố áp suất dòng chảy trong khuôn ép nhựa với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng

TỔNG QUAN

Tổng quan chung

1.1.1 Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng [1]

Phương pháp gia nhiệt khuôn phun ép bằng khí nóng là một công nghệ mới được phát triển và thử nghiệm tại Việt Nam gần đây Quy trình này bắt đầu bằng việc nén không khí trong máy nén để tạo áp lực Sau khi ra khỏi máy nén, không khí sẽ được dẫn qua một khối thép đã được nung nóng Khí nóng này sau đó được phun trực tiếp lên bề mặt khuôn, giúp gia nhiệt hiệu quả cho bề mặt khuôn.

Hình 1.1: Phương pháp gia nhiệt bằng khí [1]

 Ưu điểm của phương pháp này:

- Gia nhiệt nhanh chóng, linh hoạt, nhiều vị trí

- Hệ thống đơn giản, và có thể tự động hóa

- Cần áp suất khí nén ổn định

- Môi trường làm việc ồn ào

- Tốn thời gian cho mỗi chu kì ép vì module cần phải di chuyển

1.1.2 Các khuyết tật trong sản phẩm từ phương pháp phun ép nhựa

Khuyết tật trong sản phẩm nhựa ép phun là điều không thể tránh khỏi khi phát triển sản phẩm mới hoặc điều chỉnh các thông số trong quá trình ép phun Nguyên nhân gây ra khuyết tật có thể xuất phát từ nhiều vấn đề khác nhau trong quy trình sản xuất.

1 Thiết kế chi tiết: các thông số thiết kế (như bề dày…), biên dạng hình học phức tạp, phun ép các chi tiết nhựa có thành mỏng, sản phẩm kết hợp nhiều loại nhựa (MCM)

2 Thiết kế khuôn nhựa: thiết kế cổng nhựa (như vị trí, hình dạng kích thước…), kênh dẫn nhựa (như hình dạng, kích thước, thiết kế khuôn cái…), thiết kế hệ thống làm mát a)Không điền đầy hoàn toàn b)Xuất hiện lõm trên sản phẩm c) Điểm cháy nhiệt d) Xuất hiện đường hàn e) Hiện tượng cong vênh f) Xuất hiện ba via

Hình 1.2: Những khuyết tật thường gặp trong phun ép nhựa [2]

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc hình thành khuyết tật sản phẩm trong quá trình phun ép nhựa Khi nhiệt độ khuôn quá thấp, dòng chảy nhựa sẽ đông đặc nhanh chóng, tạo thành lớp vỏ ngoài trên bề mặt khuôn, khiến bọt khí không thoát ra, dẫn đến khuyết tật bọt khí trong sản phẩm Ngược lại, nếu nhiệt độ nhựa nóng chảy quá cao, sẽ xảy ra hiệu ứng dòng chảy rối, làm bọt khí và khí gas bị mắc kẹt, gây ra khuyết tật vết lõm trên sản phẩm.

Đặt vấn đề

Sản phẩm nhựa hiện nay rất đa dạng về kích thước và kiểu dáng, từ đơn giản đến phức tạp Để đáp ứng yêu cầu phát triển của xã hội, công nghệ phun ép nhựa cần phải cải tiến, đặc biệt là trong việc chế tạo các sản phẩm nhựa có bề dày dưới 1 mm Điều này rất quan trọng cho việc sản xuất chip sinh học và các thiết bị quang học.

Hình 1.3: Sản phẩm nhựa có thành mỏng [3]

Trong quá trình nhựa được đổ vào khuôn cho sản phẩm mỏng, lớp nhựa tiếp xúc với bề mặt khuôn ở nhiệt độ thấp sẽ đông lại, dẫn đến việc giảm áp lực dòng nhựa và không lấp đầy lòng khuôn Để khắc phục tình trạng này, cần tăng nhiệt độ bề mặt lòng khuôn tiếp xúc với nhựa đến mức tối ưu, giúp giảm quá trình đông đặc của lớp nhựa mà không làm tăng thời gian giải nhiệt sau khi ép.

Hiện nay, có nhiều phương pháp gia nhiệt bề mặt cho khuôn như gia nhiệt bằng chất lỏng, tia hồng ngoại, cảm ứng từ và khí nóng Trong đó, gia nhiệt bằng chất lỏng và cảm ứng từ có ưu điểm và nhược điểm riêng, như thời gian giải nhiệt dài sau quá trình ép phun và yêu cầu kết cấu khuôn phức tạp Ngược lại, gia nhiệt bằng khí nóng mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng gia nhiệt linh hoạt ở nhiều vị trí, tốc độ gia nhiệt cao và rút ngắn thời gian chu kỳ sản phẩm.

Tình hình nghiên cứu

1 Shia-Chung Chen và các công sự đã nghiên cứu phát triển hệ thống gia nhiệt bằng khí và ứng dụng trong vi khuôn [9] Tác giả đã thu được kết quả: Việc gia nhiệt và giải nhiệt từ 60 0 C đến 100 0 C, 110 0 C, 120 0 C và trở về 60 0 C bằng khí có thời gian của 1 chu kỳ ngắn hơn so với dùng nước gia nhiệt và giải nhiệt cho khuôn

Hình 1.4: So sánh thời gian một chu kỳ gia/giải nhiệt bằng khí [9]

2 Shia-Chung Chen và các công sự đã đánh giá khả thi của việc kiểm soát nhiệt độ bề mặt khuôn bằng phương pháp gia nhiệt khí trong quá trình ép phun [7] Tác giả đã rút ra được kết luận: việc gia nhiệt bằng khí nóng có tốc độ tăng nhiệt bề mặt khuôn từ 60 0 C lên 120 0 C trong vòng 2 giây (nghĩa là tốc trung bình là 30 0 C /giây) và cần 34 giây để trở về 60 0 C đối với khuôn được sử dụng trong thí nghiệm có kích thước dài x rộng x cao là 100 x 20 x 10 mm Trong khi dùng các chất làm lạnh khác phải mất tới 267 giây để thực hiện một chu trình

Hình 1.5: So sánh các thay đổi nhiệt độ do gia nhiệt bằng khí và nước nóng (một chu kỳ nóng/ làm mát) [7]

Theo nghiên cứu này, ứng dụng cho bề mặt khuôn bằng tấm nikel là đạt hiệu quả cao nhất và có thể ứng dụng trong công nghiệp

3 S.-Y Yang cùng các công sự đã nghiên cứu về quá trình phun ép vi khuôn chi tiết thành siêu mỏng với nhiều lòng khuôn [10] Trong nghiên cứu này các tác giả đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến sự đối xứng của dòng chảy nhựa trong lòng khuôn Kết quả đạt được:

Hình 1.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến khả năng điền đầy lòng khuôn [10] 1.3.2 Tình hình trong nước

1 Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên Lê Tuyên Giáo (ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM): “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến độ bền kéo của sản phẩm nhựa dạng lưới” Luận văn này đã đề cập đến cơ sở của việc thiết kế hệ thống giải nhiệt của khuôn ép phun dựa trên các nguyên lý truyền nhiệt, thông qua quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến độ bền kéo của sản phẩm nhựa dạng lưới

2 Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên Nguyễn Hộ (ĐH Sư Phạm

Nghiên cứu tại Kỹ Thuật TP HCM đã chỉ ra ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến khả năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng Bằng cách sử dụng kết quả từ các thí nghiệm ép nhựa ở các nhiệt độ bề mặt khuôn khác nhau và các độ dày tương ứng, nghiên cứu phân tích tác động của nhiệt độ đến khả năng điền đầy lòng khuôn Kết quả cho thấy có thể xác định được những nhiệt độ tối ưu cho các độ dày khác nhau với từng loại nhựa cụ thể.

Nội dung của hai đề tài này chưa xem xét tác động của nhiệt độ bề mặt khuôn đến phân bố áp suất trong lòng khuôn và sự phân bố của các sợi gia cường Do đó, cần phân tích ảnh hưởng của các yếu tố này đến cơ tính vật liệu của mẫu thí nghiệm.

Tính cấp thiết của đề tài

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng mang lại nhiều lợi ích trong việc gia nhiệt bề mặt khuôn và ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến chiều dài dòng chảy trong phun ép nhựa Tuy nhiên, tác động của nhiệt độ khuôn đối với áp suất phân bố bên trong lòng khuôn khi sử dụng phương pháp này vẫn chưa được khai thác Áp suất phân bố bên trong lòng khuôn đóng vai trò quan trọng trong quá trình phun ép nhựa, ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, đặc biệt là cơ tính và bề mặt Việc tối ưu hóa áp suất trong lòng khuôn không chỉ giúp giảm thời gian ép mà còn tiết kiệm chi phí và năng lượng Do đó, nghiên cứu về phân bố áp suất dòng chảy trong khuôn ép nhựa với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng là cần thiết.

Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu phân bố áp suất dòng chảy trong khuôn ép nhựa với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng” là:

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt khuôn đến phân bố áp suất trong lòng khuôn khi ép nhiều loại nhựa với các nhiệt độ và độ dày khác nhau Kết quả từ các thí nghiệm và mô phỏng được so sánh, phân tích và đánh giá để dự đoán sự phân bố áp suất tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ bề mặt khuôn và độ dày mẫu thử.

Khảo sát và đánh giá độ bền kéo của sản phẩm sau khi ép mẫu dưới áp suất dòng chảy giúp xác định khả năng ứng dụng thực tiễn của các loại vật liệu nhựa đã được thử nghiệm.

Nhiệm vụ và giới hạn đề tài

1.6.1 Nhiệm vụ đề tài Để thực hiện đề tài này tác giả đã tiến hành các nhiệm vụ như sau:

- Tìm hiểu về công nghệ ép phun và ảnh hưởng của áp suất trong lòng khuôn đến chất lượng sản phẩm

- Tìm hiểu về phương pháp gia nhiệt cho khuôn ép bằng khí nóng

- Thực hiện việc phân tích phân bố áp suất dòng chảy trong lòng khuôn với hai mẫu thí nghiệm 1 và 2 trên phần mềm Moldex3D

- Thí nghiệm ép mẫu hai mẫu thí nghiệm 1 và 2 trên máy ép nhựa SW – 120B đồng thời so sánh với kết quả phân tích thu được

- Tiến hành thu thập, phân tích các kết quả và đưa ra kết luận

1.6.2 Giới hạn đề tài Đề tài được giới hạn trong các điều kiện như sau:

- Chỉ sử dụng vật liệu nhựa PP (Polypropylen), nhựa ABS (Acrylonitrin butadien styren)

- Các nhiệt độ bề mặt khuôn để khảo sát sự ảnh hưởng đến chiều dài là: 60

- Kích thước sản phẩm ép làm thí nghiệm có kích thước rộng 12 mm, chiều dài 150 mm Chiều dày sản phẩm khảo sát là 0,2 mm; 0,4 mm; 0,6 mm

- Chỉ sử dụng các loại nhựa PA 6, PA 6 + 30% sợi thủy tinh (polyamide 6 hay nilon 6, hay poly - caproamide)

- Các nhiệt độ bề mặt khuôn để khảo sát là: 60 0 C, 90 0 C, 120 0 C, 150 0 C, 180

- Chiều dày lưới lần lượt là: 0,4 mm, 0,6 mm và 0,8 mm.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài "Nghiên cứu phân bố áp suất dòng chảy trong khuôn ép nhựa với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng" được thực hiện thông qua các phương pháp nghiên cứu chuyên sâu nhằm phân tích và tối ưu hóa quá trình ép nhựa Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về sự phân bố áp suất mà còn cải thiện hiệu suất sản xuất trong ngành công nghiệp nhựa.

- Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu các lý thuyết về công nghệ ép phun, lý thuyết truyền nhiệt và lý thuyết về vật liệu nhựa

Phương pháp phân tích so sánh được thực hiện dựa trên kết quả mô phỏng và thực nghiệm, nhằm so sánh sự tương đồng về chiều dày chi tiết và phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn Qua việc phân tích dữ liệu thu thập được, chúng ta có thể rút ra kết luận về ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sự phân bố áp suất trong lòng khuôn.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Giới thiệu phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng

2.2.1 Khái quát về phương pháp gia nhiệt cho khuôn ép

Khi nhựa nóng chảy được phun vào khuôn, nhiệt độ của dòng nhựa sẽ bị thất thoát, dẫn đến việc khó khăn trong việc điền đầy nhựa ở những vị trí xa cổng phun, gây ra khuyết tật cho sản phẩm Do đó, bộ phận gia nhiệt cho khuôn có nhiệm vụ cung cấp nhiệt tại các vị trí này, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.

2.2.2 Sơ đồ nguyên lý gia nhiệt cho lòng khuôn bằng khí nóng

Khi khuôn mở, khối gia nhiệt được hạ xuống để bắt đầu quá trình gia nhiệt Khí được dẫn vào bên trong khối gia nhiệt qua ống dẫn, với thiết kế rãnh bên trong cho phép dòng khí lưu thông từ đầu đến cuối rãnh và truyền nhiệt theo nguyên lý đối lưu Sau khi khí được làm nóng, nó sẽ thoát ra và thổi trực tiếp vào tấm nhôm của khối insert Sau một thời gian nhất định, quá trình cấp khí sẽ ngừng lại và khối gia nhiệt được kéo lên Cảm biến nhiệt sẽ được sử dụng để đo nhiệt độ tại bề mặt tấm nhôm.

Hình 2.3: Bộ phận gia nhiệt [1]

Trong quy trình phun ép truyền thống, sau khi hoàn thành một chu kỳ, hai tấm khuôn sẽ mở ra để sản phẩm được đẩy ra ngoài Tiếp theo, hai tấm khuôn đóng lại và bắt đầu chu kỳ phun ép mới Đối với quy trình phun ép nhựa sử dụng khí nóng, sau khi sản phẩm được lấy ra, cơ cấu tay máy sẽ đưa nguồn nhiệt vào giữa hai tấm khuôn Khí nóng sau đó được phun trực tiếp lên vị trí cần gia nhiệt Khi nhiệt độ lòng khuôn đạt yêu cầu, nguồn nhiệt sẽ được di chuyển ra ngoài, và hai tấm khuôn sẽ đóng lại để bắt đầu chu kỳ phun ép tiếp theo.

A: Vị trí cần gia nhiệt

T ấm khuô n di động T ấm khu ôn c ố đị nh

Hình 2.7: Vị trí của khuôn trong quá trình gia nhiệt [1]

2.3 Giới thiệu phần mềm Moldex3D [16]

Moldex3D là phần mềm CAE hàng đầu trong phân tích và tối ưu hóa quá trình ép phun sản phẩm nhựa Với công nghệ tính toán tiên tiến và lý luận học thuật hoàn chỉnh, Moldex3D cung cấp giải pháp toàn diện cho doanh nghiệp trong thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn và điều khiển quá trình ép phun Điều này giúp rút ngắn thời gian sản xuất, hạn chế sai sót và giảm giá thành sản phẩm.

Giải pháp CAE 3D thực của Moldex3D, dựa trên cấu trúc lưới rắn và phương pháp thể tích hữu hạn hiệu suất cao, cho phép phân tích sản phẩm có hình dạng phức tạp và độ dày không đồng nhất Bằng cách áp dụng triệt để các phương trình vật lý về lưu chất học, Moldex3D mang lại những kết quả phân tích chính xác, ấn tượng cho ngành công nghiệp chất dẻo.

Moldex3D cung cấp nhiều lựa chọn linh hoạt cho việc xử lý dữ liệu đầu vào trong phân tích, cho phép người dùng thực hiện phân tích trực tiếp trong các phần mềm CAD phổ biến như SolidWorks, Cimatron, NX và Creo Element (Pro/E) Ngoài ra, người dùng còn có thể tự động tạo lưới cho phân tích hoặc tự tạo và xử lý lưới thông qua công cụ Boundary Layer Mesh (BLM).

- Chi phí mua phần mềm lớn, cấu hình máy tính để chạy phần mềm cao

- Giai đoạn phân tích chiếm nhiều thời gian

- Mức độ chính xác trong phân tích bị giới hạn

2.3.2 Mức độ chính xác trong việc phân tích dòng chảy của Moldex3D

Phần mềm CAE, bao gồm cả Moldex3D, có mức độ chính xác nhất định Theo các chuyên gia từ hãng Moldex3D, trong điều kiện lý tưởng, độ chính xác của phần mềm này đạt 85%.

Một số kết quả phân tích thực tế được cung cấp từ nhà sản xuất:

- Trường hợp thiếu nhựa của phân tích mô hình dạng Shell:

(a) Kết quả mô phỏng (b) Kết quả thực nghiệm

- Trường hợp thiếu nhựa của phân tích mô hình dạng Solid (như hình (c) và hình (d))

(c) So sánh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm chi tiết nhựa

(d) So sánh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm chi tiết có insert

Hình 2.8: Một số hình ảnh so sánh kết quả mô phỏng trên Moldex3D và thực nghiệm [16]

2.4 Tổng quan về vật liệu nhựa sử dụng trong công nghệ ép phun [17]

Vật liệu nhựa là yếu tố quyết định trong thiết kế và gia công khuôn ép phun, với mỗi sản phẩm và chu trình ép phun có những tính chất và yêu cầu kỹ thuật riêng như độ dẻo, độ bóng bề mặt, màu sắc và độ cứng Việc chọn lựa loại vật liệu nhựa phù hợp là cần thiết để tránh sai hỏng trong quá trình ép, đồng thời đảm bảo các yêu cầu về cơ tính và thẩm mỹ cho sản phẩm.

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

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

Polymers được phân loại dựa vào nguồn gốc thành ba loại chính: polymer thiên nhiên, polymer nhân tạo và polymer tổng hợp Ngoài ra, dựa vào tính chất cơ lý, chúng được chia thành chất dẻo và chất đàn hồi Phân loại này không chỉ phổ biến mà còn liên quan chặt chẽ đến cấu trúc của polymer, từ đó xác định khả năng thích ứng với các yêu cầu trong ngành công nghiệp.

Nhựa nhiệt dẻo là nhóm vật liệu cao phân tử quan trọng nhất trong polymer tổng hợp, bao gồm các cao phân tử có kích thước nhất định và cấu trúc mạch thẳng hoặc phân nhánh Chúng có khả năng chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái dẻo khi nhiệt độ tăng, và quá trình này là thuận nghịch, có thể lặp lại nhiều lần Trong quá trình tác dụng nhiệt, nhựa nhiệt dẻo chỉ thay đổi tính chất vật lý mà không xảy ra phản ứng hóa học, do đó, chúng có thể được tái sinh, ngoại trừ PTFE (polytetrafluoroethylene) Một số ví dụ về nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE, PP, PVC và PS.

Nhựa nhiệt rắn có mật độ nối ngang dày đặc, cao hơn từ 10 đến 1.000 lần so với cao su, tạo thành mạng không gian ba chiều với kích thước phân tử rất lớn Loại nhựa này có tính chất vượt trội so với nhựa nhiệt dẻo, đặc biệt là khả năng chịu nhiệt Nhựa nhiệt rắn không tan, không chảy và cũng không thể tái sinh Một số ví dụ điển hình của nhựa nhiệt rắn bao gồm PF, PU, nhựa epoxy và silicone.

Cao su là một loại polymer mạch thẳng với lực liên kết thứ cấp yếu, tồn tại dưới dạng chất lỏng nhớt Để sử dụng, cần tạo liên kết ngang giữa các mạch phân tử nhằm hình thành mạng không gian ba chiều Một đặc điểm nổi bật của cao su, đặc biệt là cao su tự nhiên lưu hóa, là khả năng dãn dài lên đến 1.000% Tuy nhiên, do có liên kết ngang, cao su không thể tái sinh.

 Nhựa thông dụng: PE, PP, PVC, PS, ABS, …

 Nhựa kỹ thuật: PA, PC, Teflon …

 Nhựa chuyên dụng: PE khối lượng phân tử cực cao, PTFE, PPO…

2.4.3 Nhựa sử dụng làm thí nghiệm

Nylon 6 hay polycaprolactam là loại polyme được phát triển bởi Paul

Schlack và là một dạng polyamit bán kết tinh Không như những nylon khác, nylon

Nylon 6 hình thành từ quá trình polymer hóa mở vòng và đóng góp quan trọng trong ngành công nghiệp sợi tổng hợp cùng với nylon 6,6 Polyamide 6 (PA6) nổi bật với hệ số ma sát thấp (f < 0,005), khả năng chống va đập, chống rung và chống ăn mòn hóa học, đồng thời có độ bền và độ cứng cao, chịu nhiệt tốt Để cải thiện cơ tính vật liệu, thủy tinh là chất gia tăng phổ biến, bên cạnh các chất đàn hồi như EPDM và SBR PA6 được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất bánh trăng, ổ trượt, ổ lăn và các giá đỡ cần độ bền và độ cứng vững cao.

Danh pháp: poly(hexano-6-lactam)

Tên khác: polycaprolactam, polyamide 6, PA6, poly-ε-caproamide, Capron, Ultramid, Nylatron

 Công thức phân tử: (C6H11NO)n

Thông tin khái quát Polypropylen là một loại polymer là sản phẩm của phản ứng trùng hợp Propylen

- Tỷ trọng: PP vô định hình: 0.85 g/cm 3

- Độ bền kéo: 30 - 40 N/mm 2 (MPa)

- Độ dai va đập: 3.28 - 5.9 kJ/m 2

 PP là sản phẩm cứng, không độc, không mùi

Nhiệt độ nóng chảy của polypropylene (PP) dao động từ 160°C đến 170°C Khi tiếp xúc với các tạp chất kim loại như đồng, mangan hoặc các hợp kim có chứa kim loại, tính chịu nhiệt của PP sẽ bị ảnh hưởng đáng kể.

Tổng quan về vật liệu nhựa sử dụng trong công nghệ ép phun

Vật liệu nhựa là yếu tố quyết định trong thiết kế và gia công khuôn ép phun, ảnh hưởng đến tính chất và yêu cầu kỹ thuật của từng sản phẩm, như độ dẻo, độ bóng bề mặt, màu sắc và độ cứng Việc lựa chọn loại vật liệu nhựa phù hợp là cần thiết để tránh sai sót trong quá trình ép và đảm bảo các yêu cầu về cơ tính cũng như thẩm mỹ của sản phẩm.

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

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

Polymer được phân loại dựa vào nguồn gốc thành ba loại chính: polymer thiên nhiên, polymer nhân tạo và polymer tổng hợp Ngoài ra, dựa vào tính chất cơ lý, polymer còn được chia thành chất dẻo và chất đàn hồi Phân loại này rất phổ biến và liên quan mật thiết đến cấu trúc, từ đó xác định khả năng thích ứng với các yêu cầu trong ngành công nghiệp.

Nhựa nhiệt dẻo là nhóm vật liệu cao phân tử quan trọng nhất trong polymer tổng hợp, bao gồm các cao phân tử có kích thước xác định và cấu trúc mạch thẳng hoặc phân nhánh Chúng có khả năng chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái dẻo khi nhiệt độ tăng, và quá trình này có thể lặp lại nhiều lần mà không gây ra phản ứng hóa học Nhờ vào đặc tính này, nhựa nhiệt dẻo có thể được tái chế, trừ PTFE (polytetrafluoroethylene) Một số ví dụ điển hình của nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE, PP, PVC, và PS.

Nhựa nhiệt rắn có mật độ nối ngang dày đặc, cao hơn từ 10 đến 1.000 lần so với cao su, tạo thành mạng không gian ba chiều với kích thước phân tử lớn Loại nhựa này có tính chất vượt trội so với nhựa nhiệt dẻo, đặc biệt là khả năng chịu nhiệt Hơn nữa, nhựa nhiệt rắn không tan, không chảy và không thể tái sinh Một số ví dụ tiêu biểu của nhựa nhiệt rắn bao gồm PF, PU, nhựa epoxy và silicone.

Cao su là một loại polymer mạch thẳng với lực liên kết thứ cấp yếu, tồn tại dưới dạng chất lỏng nhớt Để sử dụng, cần tạo liên kết ngang giữa các mạch phân tử nhằm hình thành mạng không gian ba chiều Một đặc điểm nổi bật của cao su, đặc biệt là cao su tự nhiên lưu hóa, là khả năng dãn dài lên đến 1.000% Tuy nhiên, do có liên kết ngang, cao su không thể tái sinh được.

 Nhựa thông dụng: PE, PP, PVC, PS, ABS, …

 Nhựa kỹ thuật: PA, PC, Teflon …

 Nhựa chuyên dụng: PE khối lượng phân tử cực cao, PTFE, PPO…

2.4.3 Nhựa sử dụng làm thí nghiệm

Nylon 6 hay polycaprolactam là loại polyme được phát triển bởi Paul

Schlack và là một dạng polyamit bán kết tinh Không như những nylon khác, nylon

Nylon 6 được hình thành từ quá trình polymer hóa mở vòng, đóng góp quan trọng cho ngành công nghiệp sợi tổng hợp bên cạnh nylon 6,6 PA6 có nhiều đặc tính ưu việt như hệ số ma sát thấp (f < 0,005), khả năng chống va đập, rung động và ăn mòn hóa học tốt, cùng với độ bền và độ cứng cao, chịu nhiệt tốt Thủy tinh là chất phụ gia phổ biến được sử dụng để cải thiện cơ tính vật liệu, bên cạnh đó, các chất đàn hồi như EPDM và SBR cũng được thêm vào để tăng cường độ bền Nylon 6 thường được sử dụng trong sản xuất bánh trăng, ổ trượt, ổ lăn và các giá đỡ yêu cầu độ bền và độ cứng cao.

Danh pháp: poly(hexano-6-lactam)

Tên khác: polycaprolactam, polyamide 6, PA6, poly-ε-caproamide, Capron, Ultramid, Nylatron

 Công thức phân tử: (C6H11NO)n

Thông tin khái quát Polypropylen là một loại polymer là sản phẩm của phản ứng trùng hợp Propylen

- Tỷ trọng: PP vô định hình: 0.85 g/cm 3

- Độ bền kéo: 30 - 40 N/mm 2 (MPa)

- Độ dai va đập: 3.28 - 5.9 kJ/m 2

 PP là sản phẩm cứng, không độc, không mùi

Nhiệt độ nóng chảy của polypropylene (PP) dao động từ 160°C đến 170°C Khi tiếp xúc với các tạp chất kim loại như đồng, mangan, hoặc các hợp kim chứa kim loại, tính chịu nhiệt của PP sẽ bị ảnh hưởng.

Sản phẩm có tính bền cơ học cao với độ bền xé và bền kéo đứt vượt trội, mang lại sự cứng vững cần thiết Khác với PE, vật liệu này không mềm dẻo và không bị kéo giãn, cho phép chế tạo thành sợi hiệu quả Tuy nhiên, cần lưu ý rằng nó dễ bị xé rách khi có vết cắt hoặc thủng nhỏ.

 Trong suốt, độ bóng bề mặt cao cho khả năng in ấn cao, nét in rõ

Bao bì PP có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn 100°C, nhưng nhiệt độ hàn dán mí bao bì PP (140°C) cao hơn so với PE, có thể dẫn đến việc chảy và hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài Do đó, PP thường ít được sử dụng làm lớp trong cùng.

 Có tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác

 Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm, không yêu cầu chống oxy hóa một cách nghiêm ngặt

 Tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc có số lượng lớn

PP được sản xuất dưới dạng màng phủ ngoài cho màng nhiều lớp, giúp tăng cường khả năng chống thấm khí và hơi nước Màng PP còn cho phép in ấn chất lượng cao, dễ xé rách nhờ thiết kế vết đứt sẵn, đồng thời mang lại độ bóng cao cho bao bì.

PP có khả năng trộn lẫn với PE, PS và PVC nhằm giảm độ chảy của chúng trong trạng thái chảy mềm, đồng thời cải thiện một số tính chất như khả năng chịu nhiệt và độ cứng.

Nhựa ABS (Ayrylonitrile butadiene styrene) có công thức hóa học là (C8H8.C4H6.C3H3N)n ABS được trùng hợp từ 3 loại monomer: Acrylonitrile, Butadiene và Styrene

ABS là một loại nhựa cứng và chắc chắn, nổi bật với khả năng không bị giòn Nó có sự cân bằng tốt giữa độ bền kéo, khả năng chịu va đập, độ cứng bề mặt và độ rắn Ngoài ra, ABS còn có khả năng chịu nhiệt ở nhiệt độ thấp và các đặc tính điện tốt, trong khi giá thành lại tương đối phải chăng.

Lý thuyết truyền nhiệt [11]

Kỹ thuật gia công thường áp dụng phương pháp ép phun với độ co ngót thấp, giúp sản phẩm đạt độ chính xác cao Quá trình phun nhanh có thể gây ra sự định hướng của polymer nóng chảy và tạo ra ứng suất đáng kể, do đó cần điều chỉnh nhiệt độ khuôn Nhựa ABS có thể được chế tạo thành các dạng tấm, profile đùn và màng, trong khi ABS gia cường sợi thủy tinh rất thích hợp cho ứng dụng đùn thổi.

ABS là vật liệu lý tưởng nhờ vào đặc tính điện tốt, khả năng ép phun linh hoạt và giá cả phải chăng Nó được ứng dụng rộng rãi trong sản phẩm cách điện, cũng như trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử và thông tin liên lạc, bao gồm cả vỏ và các linh kiện bên trong.

 Trong kỹ thuật nhiệt lạnh: Là các vỏ bên trong, các cửa trong và vỏ bọc bên ngoài chịu va đập ở nhiệt độ lạnh

 Các sản phẩm ép phun như các vỏ bọc, bàn phím, sử dụng trong các máy văn phòng, máy ảnh…

 Trong công nghiệp xe: Làm các bộ phận xe hơi, xe máy, thuyền…

 Trong công nghiệp bao bì, đặc biệt dùng cho thực phẩm, các sản phẩm ép phun, thùng chứa và màng, mũ bảo hiểm đồ chơi

2.5.1 Các phương thức trao đổi nhiệt

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 lân cận thông qua va chạm và dao động, hoặc do electron di chuyển nhanh từ nguyên tử này sang nguyên tử khác, đặc biệt trong kim loại.

Dẫn nhiệt là quá trình quan trọng trong việc truyền nhiệt giữa các vật thể rắn khi chúng tiếp xúc Trong chất rắn, dẫn nhiệt diễn ra mạnh mẽ do mạng lưới nguyên tử 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 khả năng dẫn nhiệt giảm Điều này xảy ra vì khoảng cách lớn giữa các nguyên tử làm giảm tần suất va chạm, dẫn đến ít trao đổi nhiệt hơn 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, tần suất va chạm giữa các nguyên tử tăng lên, dẫn đến khả năng 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 hiệu quả nhờ vào sự chuyển động nhanh chóng của các điện tử tự do trong lòng kim loại Hầu hết dòng nhiệt trong kim loại rắn được truyền qua các "chất lỏng điện tử", trong khi proton chỉ mang một phần nhỏ năng lượng nhiệt Do đó, độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện của nhiều kim loại thường có tỷ lệ tương đương Ví dụ, đồng, một dây dẫn điện tốt, cũng có khả năng dẫn nhiệt xuất sắc Các hiệu ứng Peltier cũng liên quan đến khả năng dẫn nhiệt của kim loại.

Seebeck (hiệu ứng nhiệt điện) có nguồn gốc từ sự 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 2.9: Nguyên lý dẫn nhiệt [15] Định luật Fourier

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

𝑑𝑛𝑑𝐹 𝑑𝜏 (bỏ qua chiều, chỉ tính độ lớn) Nếu quá trình là ổn định:

Q : thông nhiệt lượng (W.m 2 ) λ: hệ 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)

2.5.3 Trao đổi nhiệt đối lưu

Quá trình đối lưu là sự trao đổi nhiệt giữa các khối chất khí hoặc chất lỏng, diễn ra thông qua sự dịch chuyển của chúng từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp.

Hình 2.10: Tỏa nhiệt đối lưu [15]

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

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

 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 2.11: a: Truyền nhiệt đối lưu tự nhiên,b: Truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức [15]

 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 truyền từ bề mặt dF của vật thể có nhiệt độ tT đến môi trường xung quanh với nhiệt độ tL trong khoảng thời gian dτ tỷ lệ với hiệu số nhiệt độ giữa vật thể và môi trường, được biểu diễn bằng công thức dQ = α (tT – tL).dF.dτ Trong đó, tT là nhiệt độ của vật thể (độ C), tL là nhiệt độ của lưu chất (chất lỏng hoặc khí) (độ 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.

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG

Mô hình thí nghiệm

Kích thước sản phẩm ép làm thí nghiệm có kích thước rộng 12 mm, chiều dài

175 mm Chiều dày sản phẩm khảo sát là 0,2 mm; 0,4 mm; 0,6 mm

Hình 3.1: Mô hình 3D của sản phẩm mẫu 1

Bảng 3.1: Thông số ép nhựa

Nhiệt độ nung nhựa 210 0 C 230 0 C Áp suất phun 60 kg/cm 2

Phân tích áp suất trên phần mềm Moldex3D

Thiết kế mẫu thử dựa trên tiêu chuẩn ISO 527 – 1993 Chiều dày của lưới (a) được khảo sát lần lượt là: 0,4; 0,6; 0,8 mm

Hình 3.2: Kích thước mẫu thí nghiệm 2

Hình 3.3: Mô hình 3D dạng khung dây của sản phẩm 3.2 Phân tích áp suất trên phần mềm Moldex3D

Tiến hành thực hiện mô phỏng lần lượt hai mẫu thí nghiệm 1 và 2 trên Moldex3D, thực hiện trình tự thao tác giải bài toán như hình 3.4

Quá trình mô phỏng được tiến hành qua ba giai đoạn:

3.2.1.1 Giai đoạn 1 - tiền xử lý

Trong giai đoạn này, mô hình 3D của mẫu thí nghiệm đã được thiết kế trước đó trên phần mềm CAD, cụ thể là SolidWorks 2016, để xây dựng mô hình 3D trong mô đun Moldex3D Designer Moldex3D Designer cung cấp nhiều chức năng và công cụ hỗ trợ mạnh mẽ, giúp người dùng nhanh chóng thiết lập hệ thống khuôn Tác giả đã tiến hành thiết kế và xây dựng mô hình bộ khuôn theo trình tự các bước được minh họa trong hình 3.5.

Hình 3.4: Lưu đồ thực hiện quá trình mô phỏng

Sau khi hoàn thành việc xây dựng các hệ thống kênh dẫn nhựa, kênh làm mát và xác định kích thước bộ khuôn, chúng ta tiến hành chia lưới mẫu thí nghiệm với tùy chọn chia lưới BLM (Boundary Layer Mesh).

Boundary Layer Mesh (BLM) là công nghệ lưới tối ưu cho ứng dụng CAE trong ngành phun ép nhựa, cho phép tùy chỉnh kích thước lưới, số lớp và hệ số độ lệch theo từng khu vực Bộ công cụ chia lưới mạnh mẽ giúp người dùng áp dụng nhiều loại lưới cho các thuộc tính khác nhau của chi tiết trong khuôn như khuôn cái, chi tiết insert, kênh dẫn nhựa và kênh làm mát Designer BLM hỗ trợ lưới dạng Tetra với từ 1 đến 5 lớp lưới BLM Chương trình sẽ tự động xác định kích thước lưới phù hợp để tạo lưới bề mặt, trong khi lưới lăng trụ gồm 3 lớp được tạo ra từ bề mặt lưới và lấp đầy khoảng không gian còn lại bằng lưới tứ diện, mang lại kết quả lưới dạng khối hiệu quả.

7 lớp xuyên suốt chiều dày mô hình và có thể tăng lên tới 11 lớp dành cho những yêu cầu có độ chính xác cao

Hình 3.5: Lưu đồ các bước thực hiện trên mô đun Moldex3D Designer

Để đảm bảo độ tin cậy của quá trình mô phỏng, tác giả đã chia lưới cho các mẫu thí nghiệm thành 3 lớp lưới BLM với kích thước tùy chọn là 0.1, như thể hiện trong hình 3.7 Sau khi hoàn thành việc chia lưới cho các chiều dày khác nhau của mô hình 1 và 2, các thông số như số phần tử, số nút lưới và các thông số lưới khác đã được tổng hợp trong bảng 3.3.

Hai mô hình thí nghiệm với hình dáng đơn giản cho phép xác định rằng thông số lưới trong bảng 3.3 hoàn toàn phù hợp để mô phỏng dòng chảy nhựa trong khuôn ép Nghiên cứu này giúp khảo sát sự phân bố áp suất trong khuôn dưới ảnh hưởng của nhiệt độ.

Hình 3.7 trình bày số lớp và kích thước lưới được phân chia theo phương pháp BLM Bảng 3.2 liệt kê số phần tử và số nút lưới của hai mô hình với chiều dày khác nhau, cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu trúc lưới trong các mô hình này.

Chi tiết Mô hình 1 Mô hình 2

Chiều dày 0,4 mm 0,6 mm 0,8 mm 0,2 mm 0,4 mm 0,6 mm

Số phần tử chi tiết 700809 855739 1144993 777139 272083 656245

Số phần tử bề mặt 109528 115640 134236 151402 511627 542151

Sau khi đã tạo mô hình lưới thành công, tiếp tục thực hiện quá trình mô phỏng trên mô đun Moldex3D Project

Dự án Moldex3D hoạt động như một cầu nối giữa người dùng và các phương pháp giải quyết bài toán mô phỏng Hệ thống này hỗ trợ người dùng thực hiện phân tích quy trình phun ép nhựa và xem xét nhiều thông số kết quả khác nhau Mô-đun cho phép người dùng thiết lập các thông số ép nhựa, lựa chọn các phương pháp giải, và mô phỏng các thông số của máy ép thực tế, từ đó nâng cao độ chính xác của kết quả mô phỏng Trình tự làm việc được thể hiện rõ ràng trong hình 3.7.

Hình 3.8: Lưu đồ các bước thực hiện trên mô đun Moldex3D Project

Thiết lập các thông số thuộc tính vật liệu cho mô hình 1 và 2 như trong bảng 3.4

Bảng 3.3: Thông số thuộc tính các vật liệu nhựa

Vật liệu ABS PP PA6 PA6 + GF30%

Mô đun đàn hồi (dyne/cm^2) 2,6e+10 1,7e+10 4,5e+10 2e+10

Hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính (1/K) 9,4e-5 0,00015 0,00008 0,00002 Nhiệt độ nhựa nóng chảy (nhỏ nhất) 200 °C 190 °C 250 °C 250 °C Nhiệt độ nhựa nóng chảy (thông thường) 225 °C 230 °C 265 °C 265 °C

Nhiệt độ nhựa nóng chảy (lớn nhất) 250 °C 270 °C 280 °C 280 °C Nhiệt độ nhựa đông đặc 130 °C 116.9 °C 170 °C 170 °C

Hình 3.9: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích – nhiệt độ (PVT) của nhựa PP

Hình 3.10: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa ABS

Hình 3.11: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa PA6

Hình 3.12: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa

3.2.1.3 Giai đoạn 3 - chạy mô phỏng

Sau khi hoàn tất việc cài đặt các thông số về thuộc tính vật liệu, thông số phun ép, phương pháp giải và các tùy chọn khác, tiến hành chạy mô phỏng các mô hình thí nghiệm Kết quả phân tích sẽ được hoàn tất và có thể xem trên phần mềm.

Hình 3.13: Kết quả phân tích trên mô đun Moldex3D Project

Mô hình Modun gia nhiệt cho khuôn

Modun gia nhiệt có nhiệm vụ nung nóng không khí khi đi qua, nhằm gia nhiệt cho tấm insert của khuôn di động đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình ép nhựa.

3.3.2 Cấu tạo Modun gia nhiệt

3.3.2.1 Bộ phận cung cấp khí

Máy nén khí chuyển động tịnh tiến sử dụng piston điều khiển bằng tay quay, có khả năng được đặt cố định hoặc di chuyển linh hoạt Thiết bị này có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với các máy móc khác Máy nén khí có thể được điều khiển bởi động cơ điện hoặc động cơ đốt trong, mang lại sự tiện lợi và hiệu suất cao trong nhiều ứng dụng.

Máy nén khí sử dụng piston tịnh tiến nhỏ với công suất từ 5-30 mã lực thường được ứng dụng trong lắp ráp tự động và các công việc không yêu cầu chuyển động liên tục.

Dùng máy nén khí Piston Puma 1HP - PK1090 để làm bộ phận cung cấp khí cho quá trình gia nhiệt khối insert của khuôn

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của máy nén khí thí nghiệm

Model máy nén khí Puma 1HP PK1090

Lưu lượng (l/phút) 185 Điện áp sử dụng (V) 220

Tốc độ quay puly đầu nén (v/phút) 983

Số xi lanh đầu nén 2 Áp lực làm việc (kg/cm 2 ) 8 Áp lực tối đa (kg/cm 2 ) 10

3.3.2.2 Bộ phận gia nhiệt cho khí

Nhiệm vụ: cung cấp nhiệt cho không khí đi qua nó lên những nhiệt độ theo yêu cầu thí nghiệm

Hình 3.14: Bộ phận gia nhiệt

Hình 3.15: Điện trở đốt nóng công suất 200 W

Bộ gia nhiệt bao gồm ba tấm gia nhiệt: tấm trên, tấm giữa và tấm dưới, cùng với 16 thanh điện trở cung cấp nhiệt cho các tấm này Các tấm gia nhiệt được chế tạo từ vật liệu thép CT3 và được gia công chính xác bằng máy CNC Mỗi thanh gia nhiệt có công suất 200 W, giúp gia nhiệt hiệu quả cho khí khi đi qua.

3.3.2.3 Bộ điều khiển nhiệt độ

Nhiệm vụ của bộ phận điều khiển trong Modun gia nhiệt là tự động điều chỉnh nhiệt độ của khối gia nhiệt dựa trên các mức nhiệt độ đã được cài đặt sẵn.

Hình 3.16: Bộ phận điều khiển

- Xi lanh hành trình gắn bộ gia nhiệt

- Bo mạch điều khiển nhiệt độ

3.3.3 Nguyên lý hoạt động của Modun gia nhiệt

Sau khi cài đặt nhiệt độ cho rơ le nhiệt, bộ phận điều khiển của Modun sẽ cấp điện cho các điện trở đốt nóng Các điện trở này sẽ nóng lên, cung cấp nhiệt cho khối gia nhiệt Khi khối gia nhiệt đạt đến nhiệt độ cài đặt, bộ phận điều khiển sẽ tự động ngắt điện cho các điện trở đốt nóng.

Nhấn nút star để điều khiển xilanh hạ xuống vị trí cần gia nhiệt cho khuôn Mở van máy nén để cung cấp khí nóng cho quá trình gia nhiệt Khí nóng sẽ được phun trực tiếp lên tấm insert của khuôn di động, làm nóng tấm insert Sau khi phun khí đủ thời gian quy định, xilanh sẽ kéo khối gia nhiệt lên vị trí ban đầu, hoàn tất chu trình gia nhiệt cho khuôn.

Trong quá trình gia nhiệt khuôn, khối gia nhiệt sẽ duy trì nhiệt độ cài đặt nhờ vào bộ phận tự động điều khiển nhiệt độ.

Thí nghiệm

3.4.1 Thí nghiệm gia nhiệt và đo nhiệt độ tấm insert của khuôn:

3.4.1.1 Các thiết bị và quy trình thực hiện

Thí nghiệm đo nhiệt độ tấm insert của khuôn đã được thực hiện tại phòng thí nghiệm máy nhựa thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, địa chỉ số 01 Võ Văn Ngân, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.

Các thiết bị thí nghiệm đo nhiệt độ:

- Bộ khuôn thí nghiệm ép phun

- Modun gia nhiệt bằng khí ( hình 3.14 – 3.16)

- Đầu đo nhiệt độ bằng dây cảm biến cầm tay (hình 3.18)

- Máy ép phun nhựa (hình 3.17)

Hình 3.17: Máy ép nhựa dùng trong thí nghiệm

Hình 3.18: Thiết bị đo nhiệt độ bằng dây cảm biến

- Gá đặt bộ khuôn và modun gia nhiệt lên máy ép phun nhựa

- Thực hiện việc cài đặt nhiệt độ cho modun gia nhiệt

 Quá trình thực hành thí nghiệm

- Điều khiển xilanh mang khối gia nhiệt đi xuống vị trí cần phun khí gia nhiệt

Cung cấp không khí cho khối gia nhiệt là bước quan trọng để gia nhiệt cho khí, giúp khí sau khi đi qua khối gia nhiệt được phun trực tiếp vào tấm insert của khuôn.

Sau khi thực hiện phun trực tiếp đúng thời gian quy định, cần ngừng cung cấp khí cho khối gia nhiệt Tiếp theo, xilanh mang khối gia nhiệt sẽ được kéo lên vị trí ban đầu.

- Đưa đầu dây cảm biến nhiệt độ vào trực tiếp từng điểm để đo nhiệt độ

- Ghi lại thông số kết quả nhận được

Thí nghiệm ép nhựa sản phẩm được thực hiện tại phòng thí nghiệm máy nhựa của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, địa chỉ 01 Võ Văn Ngân, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng các thiết bị thí nghiệm chuyên dụng.

- Bộ khuôn thí nghiệm ép phun

- Modun gia nhiệt bằng khí

- Nhựa thí nghiệm ép ( nhựa PP, ABS, PA6 và PA6 + 30 sợi thủy tinh)

3.4.2.2 Qui trình thực hiện ép nhựa:

- Gá đặt bộ khuôn và modun gia nhiệt lên máy ép phun nhựa

- Thực hiện việc cài đặt nhiệt độ cho modun gia nhiệt

- Cài đặt thông số ép (T, P, ) cho máy ép nhựa

Quá trình thực hành ép nhựa

- Điều khiển xilanh mang khối gia nhiệt đi xuống vị trí cần phun khí gia nhiệt (hình 3.31)

Cung cấp không khí cho khối gia nhiệt là bước quan trọng để gia nhiệt khí, sau đó khí sẽ được phun trực tiếp vào tấm insert của khuôn.

Sau khi thực hiện phun trực tiếp theo đúng thời gian quy định, cần ngừng cung cấp khí cho khối gia nhiệt Đồng thời, xilanh mang khối gia nhiệt sẽ được kéo lên vị trí ban đầu.

- Đóng khuôn ép nhựa và thực hiện quá trình ép nhựa tự động

- Lấy sản phẩm nhựa ra ngoài từ khuôn và đo đạt ghi lại kết quả

- Áp suất phun 60 kg/cm 2

- Thời gian làm mát 2 giây

Gia nhiệt bề mặt insert đến các mức nhiệt độ 60°C, 90°C, 120°C và 150°C bằng cách phun trực tiếp khí nóng lên bề mặt insert theo thời gian đã được thí nghiệm và đo đạc nhiệt độ.

- Áp suất phun 60 kg/cm 2

- Thời gian làm mát 2 giây

Gia nhiệt bề mặt insert lên tới các mức nhiệt độ 60°C, 90°C, 120°C và 150°C bằng cách phun trực tiếp khí nóng vào bề mặt insert theo thông số thời gian đã được thí nghiệm và đo nhiệt độ.

3.4.2.3.3 Nhựa PA6 và nhựa PA6 + 30% sợi thủy tinh:

 Áp suất phun: 65 kg/cm 2

KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH