Hcmute nghiên cứu ảnh hưởng của rãnh thoát khí trong khuôn ép phun đến độ bền kéo của vật liệu composite sợi ngắn thủy tinh

Nghiên cứu của HCMUTE về ảnh hưởng của rãnh thoát khí trong khuôn ép phun đến độ bền kéo của vật liệu composite sợi ngắn thủy tinh.

• Tác giả: Nguyễn Văn Hiền
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Thành Trung
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Rãnh Thoát Khí Trong Khuôn Ép Phun Đến Độ Bền Kéo Của Vật Liệu Composite Sợi Ngắn Thủy Tinh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.1. Các kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.2.2. Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài
• 1.4.2.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.4.2.2. Giới hạn của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu
• 1.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
• 1.5.3. Phương pháp thống kê toán học
• 1.6. Giới thiệu về vật liệu Composite
• 1.6.1. Thành phần và cấu tạo của vật liệu Composite
• 1.6.2. Ưu điểm vật liệu composite
• 1.6.2.1. Vật liệu Composite sợi thuỷ tinh
• 1.6.2.2. Cơ học vật liệu
• 1.7. Giới thiệu về công nghệ ép phun
• 1.7.1. Khái niệm về công nghệ ép phun
• 1.7.2. Đặc điểm của công nghệ ép phun
• 1.7.3. Cấu tạo chung của máy ép phun
• 1.7.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ép phun
• 1.8. Giới thiệu về khuôn ép phun
• 1.8.1. Khái niệm về khuôn mẫu
• 1.8.2. Các dạng khuôn chính
• 1.8.3. Những bộ phận chính của khuôn
• 1.8.3.1. Cấu tạo của khuôn 2 tấm
• 1.9. Hệ thống thoát khí trong khuôn
• 1.9.1. Nguyên lý hoạt động
• 1.9.2. Yêu cầu kĩ thuật đối với bộ khuôn
• 1.10. Ưu, nhược điểm
• 1.11. Phương án chế tạo mẫu thử
• 1.12. Tiêu chuẩn ISO 527 (TCVN 4501-4:2009)
• 1.13. Phân tích các thông số của quá trình ép phun mẫu
• 1.13.1. Phân tích vị trí của điểm phun
• 1.13.2. Phân tích thời gian điền đầy sản phẩm
• 1.13.3. Phân tích áp suất phun
• 2. MÔ TẢ THÍ NGHIỆM
• 2.1. Thiết kế mẫu thử
• 2.2. Kết cấu bộ khuôn
• 2.2.1. Tấm kẹp trên
• 2.2.2. Tấm kẹp dưới
• 2.2.3. Tấm khuôn cố định
• 2.2.4. Tấm khuôn di động
• 2.2.5. Tấm giữ, ty đẩy và ty hồi
• 2.2.6. Bộ khuôn hoàn chỉnh
• 2.3. Thiết bị thí nghiệm
• 2.3.1. Máy ép nhựa SHINE WELL W-120 B
• 2.3.2. Máy thử kéo vạn năng kiểu trục cơ Instron Series 3367
• 2.3.3. Kính hiển vi điện tử quét SEM Jeol 5410 LV
• 3. THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
• 3.1. Thành lập các điều kiện tiến hành thí nghiệm
• 3.2. Xác định số lượng thí nghiệm
• 3.3. Quy trình tiến hành thí nghiệm
• 3.4. Kiểm tra độ bền kéo
• 3.5. Thực hiện thí nghiệm
• 3.5.1. Điều kiện thí nghiệm
• 3.5.2. Chuẩn bị thí nghiệm
• 3.5.3. Tiến hành thí nghiệm
• 3.6. Kết quả thí nghiệm của mẫu kéo
• 3.6.1. Số liệu thí nghiệm
• 3.6.2. Xác định lực kéo Pmax
• 3.6.3. Xác định ứng suất kéo và mô đun đàn hồi
• 3.6.4. Phân tích bề mặt sau khi chụp qua kính hiển vi điện tử quét SEM
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Vật liệu Composite sợi ngắn thủy tinh và Khuôn ép phun nhựa

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của rãnh thoát khí trong khuôn ép phun đến độ bền kéo của composite sợi ngắn thủy tinh. Vật liệu composite được sử dụng là PA66-30GF và PA6, những vật liệu composite phổ biến trong công nghiệp. Khuôn ép phun được thiết kế là khuôn hai tấm, cho phép kiểm soát chính xác các thông số quá trình. Nghiên cứu này nhấn mạnh vào việc tối ưu hóa thiết kế rãnh thoát khí nhằm cải thiện độ bền kéo của sản phẩm. Quá trình ép phun được thực hiện với các điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của rãnh thoát khí đến chất lượng sản phẩm. Mục tiêu chính là xác định mối quan hệ giữa kích thước và vị trí rãnh thoát khí, áp suất phun, và độ bền kéo của composite sợi ngắn thủy tinh. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc tối ưu hóa quá trình sản xuất composite và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.1 Đặc điểm Vật liệu Composite sợi ngắn thủy tinh

Luận văn sử dụng hai loại vật liệu composite sợi ngắn thủy tinh chính: PA66-30GF và PA6. Cả hai đều là các loại nhựa kỹ thuật có độ bền cơ học tốt và khả năng chịu nhiệt tốt. PA66-30GF chứa 30% sợi thủy tinh, tăng cường đáng kể độ bền kéo so với PA6 nguyên chất. Hàm lượng sợi thủy tinh và chiều dài sợi thủy tinh ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất cơ học của composite. Phân bố sợi thủy tinh trong ma trận nhựa cũng là yếu tố quan trọng quyết định độ bền kéo. Việc hiểu rõ tính chất cơ học của vật liệu composite là nền tảng cho việc thiết kế và tối ưu hóa khuôn ép phun cũng như quá trình ép phun. Nghiên cứu cần phân tích kỹ độ bền kéo, mô đun đàn hồi, và độ bền uốn của vật liệu để đánh giá hiệu quả của rãnh thoát khí. Phân tích vi cấu trúc vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) giúp hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa cấu trúc và độ bền kéo.

1.2 Khuôn ép phun nhựa và Hệ thống thoát khí

Luận văn sử dụng khuôn ép phun nhựa hai tấm để chế tạo các mẫu thử. Thiết kế khuôn cần đảm bảo độ chính xác cao để tạo ra các mẫu thử có kích thước đồng nhất. Hệ thống thoát khí trong khuôn ép phun là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Rãnh thoát khí giúp loại bỏ khí khỏi khoang khuôn, ngăn ngừa sự hình thành lỗ khí và các khiếm khuyết khác trong sản phẩm. Thiết kế rãnh thoát khí cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu quả thoát khí mà không làm ảnh hưởng đến quá trình điền đầy khuôn. Mở rộng rãnh thoát khí có thể cải thiện khả năng thoát khí nhưng cũng có thể làm giảm áp suất trong khuôn, ảnh hưởng đến độ bền kéo của sản phẩm. Nghiên cứu này sẽ tìm hiểu sự ảnh hưởng của chiều sâu rãnh thoát khí và vị trí đặt rãnh thoát khí đến độ bền kéo của sản phẩm. Mô phỏng rãnh thoát khí bằng phần mềm FEA có thể giúp tối ưu hóa thiết kế rãnh thoát khí trước khi chế tạo khuôn.

II. Phương pháp nghiên cứu và Thí nghiệm

Luận văn sử dụng phương pháp thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của rãnh thoát khí đến độ bền kéo. Các mẫu thử được chế tạo bằng khuôn ép phun với các chiều sâu rãnh thoát khí khác nhau. Áp suất phun được điều chỉnh để nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến độ bền kéo. Thí nghiệm kéo composite được thực hiện trên máy thử kéo Instron Series 3367 để đo độ bền kéo, mô đun đàn hồi, và độ giãn dài. Số lượng thí nghiệm được xác định để đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Phân tích thống kê được sử dụng để xử lý và phân tích dữ liệu thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm được trình bày dưới dạng biểu đồ và bảng số liệu. Mô hình hóa composite bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) có thể được sử dụng để bổ sung cho kết quả thí nghiệm và hiểu rõ hơn về hiện tượng.

2.1 Thiết kế thí nghiệm và chế tạo mẫu thử

Thiết kế thí nghiệm bao gồm việc xác định các thông số thí nghiệm, bao gồm loại vật liệu, kích thước mẫu thử, chiều sâu rãnh thoát khí, và áp suất phun. Các mẫu thử được chế tạo theo tiêu chuẩn ISO 527 (TCVN 4501-4:2009) để đảm bảo tính nhất quán và độ tin cậy của kết quả. Khuôn ép phun được thiết kế và chế tạo sao cho có thể điều chỉnh dễ dàng chiều sâu rãnh thoát khí. Việc kiểm soát chất lượng vật liệu đầu vào và quá trình ép phun là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Số lượng mẫu thử cho mỗi điều kiện thí nghiệm cần được xác định dựa trên phân tích thống kê để đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Phân bố sợi thủy tinh trong mẫu cần được kiểm soát để đảm bảo tính đồng nhất của mẫu thử. Kiểm tra hình dạng và kích thước mẫu thử trước khi tiến hành thí nghiệm để loại bỏ các mẫu không đạt yêu cầu.

2.2 Phân tích kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm bao gồm các thông số cơ học của mẫu thử như độ bền kéo, mô đun đàn hồi, và độ giãn dài. Dữ liệu thí nghiệm được phân tích bằng các phương pháp thống kê để xác định mối quan hệ giữa chiều sâu rãnh thoát khí, áp suất phun, và độ bền kéo. Phân tích phương sai (ANOVA) có thể được sử dụng để xác định ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm đến độ bền kéo. Hồi quy tuyến tính hoặc phi tuyến tính có thể được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa các biến. Ảnh chụp SEM được sử dụng để quan sát vi cấu trúc của mẫu thử và xác định các khuyết tật có thể ảnh hưởng đến độ bền kéo. Phân tích hình ảnh SEM giúp hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa cấu trúc vi mô và độ bền kéo của vật liệu. Kết quả được trình bày một cách rõ ràng và dễ hiểu thông qua các biểu đồ và bảng.

III. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Luận văn kết luận về ảnh hưởng của rãnh thoát khí đến độ bền kéo của composite sợi ngắn thủy tinh. Kết quả nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa chiều sâu rãnh thoát khí, áp suất phun, và độ bền kéo. Nghiên cứu này đóng góp vào việc tối ưu hóa thiết kế khuôn ép phun và quá trình sản xuất composite. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tiễn để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Việc tối ưu hóa rãnh thoát khí giúp giảm lỗ khí, giảm trọng lượng composite, và tăng độ bền kéo. Nghiên cứu này có ý nghĩa lớn trong việc phát triển công nghệ sản xuất composite sợi ngắn thủy tinh chất lượng cao.

3.1 Kết luận chính

Nghiên cứu cho thấy chiều sâu rãnh thoát khí có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền kéo của composite sợi ngắn thủy tinh. Tăng chiều sâu rãnh thoát khí dẫn đến tăng độ bền kéo, nhưng chỉ đến một mức độ nhất định. Áp suất phun cũng có ảnh hưởng tích cực đến độ bền kéo, nhưng cần được kiểm soát để tránh gây ra các khiếm khuyết khác. Việc kết hợp tối ưu hóa rãnh thoát khí và điều chỉnh áp suất phun hợp lý giúp đạt được độ bền kéo tối ưu cho sản phẩm. Giảm trọng lượng composite và tăng cường độ bền kéo là mục tiêu quan trọng trong ứng dụng thực tiễn. Nghiên cứu cũng chỉ ra tầm quan trọng của việc kiểm soát phân bố sợi thủy tinh trong ma trận nhựa để đạt được hiệu quả tối ưu.

3.2 Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp sử dụng composite sợi ngắn thủy tinh, như ngành ô tô, hàng không, xây dựng. Việc tối ưu hóa thiết kế rãnh thoát khí giúp các nhà sản xuất giảm thiểu lỗ khí, từ đó giảm tỷ lệ phế phẩm và tăng hiệu suất sản xuất. Tăng cường độ bền kéo của sản phẩm giúp cải thiện tuổi thọ và độ tin cậy của sản phẩm. Giảm chi phí sản xuất thông qua việc giảm tỷ lệ phế phẩm và tối ưu hóa quá trình sản xuất. Nghiên cứu này góp phần nâng cao kiểm soát chất lượng trong sản xuất composite sợi ngắn thủy tinh và thúc đẩy ứng dụng rộng rãi của vật liệu này trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, vật liệu composite ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, đóng tàu, y tế, thể thao và công nghiệp chế tạo. Năm 2009, ngành nhựa Việt Nam sản xuất khoảng 3 triệu tấn sản phẩm, trong đó bao bì nhựa chiếm 39%, nhựa vật liệu xây dựng và nhựa gia dụng mỗi loại chiếm 21%, còn nhựa kỹ thuật chiếm khoảng 19%. Kim ngạch xuất khẩu ngành nhựa năm 2010 ước đạt khoảng 1 tỷ USD, cho thấy tầm quan trọng của ngành này trong nền kinh tế. Công nghệ ép phun vật liệu composite đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra sản phẩm đa dạng về hình dạng và kích thước, tuy nhiên quá trình này gặp nhiều thách thức do khí bị kẹt trong lòng khuôn gây ra các khuyết tật như rỗ khí, sản phẩm không điền đầy hoàn toàn, ảnh hưởng đến cơ tính sản phẩm.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của rãnh thoát khí trong khuôn ép phun đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh, cụ thể là vật liệu PA66-30GF và PA6. Mục tiêu chính là xác định mối quan hệ giữa chiều sâu rãnh thoát khí (từ 0 mm đến khoảng 0.1 mm) và áp suất phun (từ khoảng 0 đến một mức tối đa nhất định) đến độ bền kéo của sản phẩm. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2013-2015, với ý nghĩa khoa học là xây dựng cơ sở dữ liệu và biểu đồ thực nghiệm phục vụ tối ưu hóa công nghệ ép phun. Về thực tiễn, kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm composite, giảm khuyết tật và tăng hiệu quả kinh tế trong sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết vật liệu composite: Vật liệu composite là sự kết hợp của hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau tạo thành vật liệu mới với tính năng ưu việt hơn. Thành phần chính gồm nền (matrix) và cốt (reinforcement). Trong nghiên cứu này, vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh được sử dụng, với các đặc tính cơ học như độ bền kéo, mô đun đàn hồi và độ giãn dài được đánh giá theo tiêu chuẩn ISO 527.

• Cơ học vật liệu: Đánh giá độ bền kéo và ứng suất kéo của vật liệu dựa trên công thức $\sigma_k = \frac{F}{A}$, trong đó $\sigma_k$ là ứng suất kéo, $F$ là lực kéo, $A$ là tiết diện mẫu thử. Mô đun đàn hồi $E$ được xác định từ độ dốc đường cong ứng suất-biến dạng trong vùng đàn hồi.

• Công nghệ ép phun: Quá trình gia nhiệt vật liệu nhựa đến trạng thái nóng chảy, sau đó phun ép vào lòng khuôn kín với áp suất cao để tạo hình sản phẩm. Hệ thống thoát khí trong khuôn có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ khí bị kẹt, tránh các khuyết tật như rỗ khí, đường hàn, vết cháy, và ảnh hưởng đến cơ tính sản phẩm.

• Mô hình ảnh hưởng của rãnh thoát khí: Rãnh thoát khí giúp khí thoát ra ngoài trong quá trình điền đầy khuôn, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền kéo của sản phẩm composite. Chiều sâu rãnh thoát khí và áp suất phun là hai biến số chính được khảo sát.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các mẫu thử được chế tạo bằng vật liệu PA66-30GF và PA6 trên khuôn ép phun 2 tấm với chiều sâu rãnh thoát khí thay đổi từ 0 mm đến khoảng 0.1 mm. Áp suất phun được điều chỉnh trong khoảng từ 0 đến mức tối đa phù hợp với máy ép.

• Phương pháp chọn mẫu: Mẫu thử được thiết kế theo tiêu chuẩn ISO 527 để kiểm tra độ bền kéo. Mỗi chế độ ép được lặp lại 14 lần để đảm bảo tính ngẫu nhiên và độ tin cậy của kết quả.

• Phương pháp phân tích: Đo lực kéo tối đa, ứng suất kéo, độ giãn dài và mô đun đàn hồi bằng máy thử kéo vạn năng Instron Series 3367. Quan sát bề mặt mẫu sau kéo bằng kính hiển vi điện tử quét SEM Jeol 5410 LV để phân tích khuyết tật. Sử dụng phương pháp thống kê toán học và hồi quy để xây dựng phương trình mô tả ảnh hưởng của rãnh thoát khí và áp suất phun đến độ bền kéo.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2013-2015, bao gồm các bước thiết kế khuôn, chế tạo mẫu thử, tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lý dữ liệu, phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của chiều sâu rãnh thoát khí đến độ bền kéo: Kết quả thí nghiệm cho thấy, với cùng một áp suất phun, độ bền kéo của mẫu thử tăng lên khi chiều sâu rãnh thoát khí tăng từ 0 mm đến khoảng 0.1 mm. Ví dụ, mẫu PA66-30GF có độ bền kéo tăng khoảng 15% khi chiều sâu rãnh tăng từ 0 mm đến 0.1 mm.

2. Ảnh hưởng của áp suất phun đến độ bền kéo: Ở cùng chiều sâu rãnh thoát khí, khi tăng áp suất phun từ khoảng 0 đến mức tối đa, độ bền kéo của mẫu thử cũng tăng lên. Đối với mẫu PA6, độ bền kéo tăng khoảng 20% khi áp suất phun tăng từ mức thấp đến mức cao nhất trong thí nghiệm.

3. Hiệu ứng kết hợp giữa rãnh thoát khí và áp suất phun: Khi không có rãnh thoát khí (0 mm), độ bền kéo của mẫu thử tăng khi áp suất phun tăng đến một mức nhất định, sau đó giảm xuống khi tiếp tục tăng áp suất. Ngược lại, với rãnh thoát khí được gia công, độ bền kéo tăng đều theo cả chiều sâu rãnh và áp suất phun.

4. Quan sát bề mặt mẫu bằng SEM: Mẫu thử không có rãnh thoát khí có nhiều khuyết tật như rỗ khí, đường hàn không liên kết tốt, trong khi mẫu có rãnh thoát khí có bề mặt đồng nhất hơn, ít khuyết tật, góp phần nâng cao độ bền kéo.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện độ bền kéo khi tăng chiều sâu rãnh thoát khí là do khí trong lòng khuôn được thoát ra hiệu quả hơn, giảm áp suất ngược và tránh hiện tượng rỗ khí, giúp vật liệu composite điền đầy khuôn hoàn chỉnh hơn. Áp suất phun cao giúp vật liệu chảy tốt hơn, tăng khả năng liên kết giữa các phần vật liệu, từ đó nâng cao độ bền kéo.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo của ngành về ảnh hưởng của hệ thống thoát khí đến chất lượng sản phẩm ép phun. Các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa áp suất phun, chiều sâu rãnh thoát khí và độ bền kéo có thể được trình bày dưới dạng biểu đồ đường hoặc bảng tổng hợp số liệu để minh họa rõ ràng xu hướng tăng trưởng và điểm bão hòa.

Ý nghĩa của kết quả là giúp tối ưu thiết kế khuôn ép phun, đặc biệt là hệ thống rãnh thoát khí, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm composite, giảm tỷ lệ phế phẩm và tăng hiệu quả sản xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Thiết kế rãnh thoát khí với chiều sâu tối ưu khoảng 0.1 mm: Để đảm bảo khí thoát hiệu quả, giảm khuyết tật và tăng độ bền kéo, các nhà thiết kế khuôn nên áp dụng chiều sâu rãnh thoát khí này trong vòng 6 tháng tới.

2. Điều chỉnh áp suất phun phù hợp với vật liệu và thiết kế khuôn: Áp suất phun nên được tối ưu hóa trong khoảng từ mức thấp đến mức cao nhất cho phép của máy ép, nhằm tăng độ bền kéo mà không gây hiện tượng giảm chất lượng do áp suất quá cao. Chủ thể thực hiện là kỹ sư vận hành và thiết kế quy trình sản xuất.

3. Kiểm tra và bảo trì hệ thống thoát khí định kỳ: Đảm bảo rãnh thoát khí không bị tắc nghẽn, duy trì hiệu quả thoát khí trong quá trình sản xuất, giúp ổn định chất lượng sản phẩm. Thời gian thực hiện hàng quý, do bộ phận bảo trì khuôn đảm nhiệm.

4. Áp dụng phương pháp kiểm tra độ bền kéo theo tiêu chuẩn ISO 527: Để đánh giá chất lượng sản phẩm định kỳ, giúp phát hiện sớm các vấn đề liên quan đến thiết kế khuôn và quy trình ép phun. Bộ phận kiểm soát chất lượng chịu trách nhiệm thực hiện hàng tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế khuôn ép phun: Nghiên cứu giúp hiểu rõ vai trò của rãnh thoát khí trong khuôn, từ đó thiết kế khuôn hiệu quả hơn, giảm khuyết tật sản phẩm.

2. Chuyên gia công nghệ vật liệu composite: Tham khảo để tối ưu hóa quy trình ép phun, nâng cao cơ tính sản phẩm composite cốt sợi ngắn thủy tinh.

3. Nhà quản lý sản xuất ngành nhựa và composite: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm tỷ lệ phế phẩm, tăng năng suất và hiệu quả kinh tế.

4. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, vật liệu: Là tài liệu tham khảo khoa học, hỗ trợ giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ ép phun và vật liệu composite.

Câu hỏi thường gặp

1. Rãnh thoát khí trong khuôn ép phun có vai trò gì?
   Rãnh thoát khí giúp loại bỏ khí bị kẹt trong lòng khuôn khi vật liệu nóng chảy điền đầy, tránh các khuyết tật như rỗ khí, đường hàn kém chất lượng, từ đó nâng cao độ bền kéo và chất lượng sản phẩm.

2. Chiều sâu rãnh thoát khí ảnh hưởng thế nào đến độ bền kéo?
   Chiều sâu rãnh thoát khí tăng giúp khí thoát hiệu quả hơn, giảm áp suất ngược, làm đầy khuôn tốt hơn, dẫn đến độ bền kéo của sản phẩm tăng lên theo số liệu thực nghiệm.

3. Áp suất phun có tác động ra sao đến sản phẩm composite?
   Áp suất phun cao giúp vật liệu chảy tốt, tăng khả năng liên kết giữa các phần vật liệu, nâng cao độ bền kéo. Tuy nhiên, áp suất quá cao có thể gây khuyết tật nếu không có rãnh thoát khí phù hợp.

4. Tại sao mẫu không có rãnh thoát khí lại giảm độ bền khi áp suất phun tăng cao?
   Do khí không thoát kịp, tạo áp suất ngược và khuyết tật như rỗ khí, làm giảm liên kết vật liệu, dẫn đến giảm độ bền kéo khi áp suất phun vượt quá mức tối ưu.

5. Làm thế nào để kiểm tra độ bền kéo của sản phẩm composite?
   Sử dụng máy thử kéo vạn năng theo tiêu chuẩn ISO 527 để đo lực kéo tối đa, ứng suất kéo, độ giãn dài và mô đun đàn hồi, từ đó đánh giá chất lượng sản phẩm.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định rõ ảnh hưởng tích cực của rãnh thoát khí trong khuôn ép phun đến độ bền kéo của vật liệu composite cốt sợi ngắn thủy tinh PA66-30GF và PA6.
• Độ bền kéo tăng theo chiều sâu rãnh thoát khí và áp suất phun, với chiều sâu rãnh khoảng 0.1 mm là tối ưu trong điều kiện nghiên cứu.
• Không có rãnh thoát khí, độ bền kéo chỉ tăng trong phạm vi áp suất phun thấp, sau đó giảm do khuyết tật khí kẹt.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để thiết kế khuôn ép phun hiệu quả, nâng cao chất lượng sản phẩm composite.
• Đề xuất các giải pháp thiết kế và vận hành khuôn ép phun nhằm tối ưu hóa độ bền kéo, giảm khuyết tật, áp dụng trong sản xuất công nghiệp trong vòng 6-12 tháng tới.

Luận văn khuyến khích các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong ngành tiếp tục phát triển các giải pháp tối ưu hệ thống thoát khí và điều chỉnh quy trình ép phun để nâng cao chất lượng sản phẩm composite. Để biết thêm chi tiết và ứng dụng thực tiễn, độc giả có thể liên hệ với tác giả hoặc tham khảo tài liệu nghiên cứu đầy đủ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Với lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu composite đã được nhiều nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến.Việc nghiên cứu và áp dụng thành công vật liệu này đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng.Đại chiến thế giới thứ hai nhiều nước đã sản xuất máy bay, tàu chiến và vũ khí phục vụ cho cuộc chiến này. Cho đến nay thì vật liệu Composite polyme đã được sử dụng để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện chế tạo ôtô… Dựa trên những ưu thế đặc biệt như giảm trọng lượng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc. Ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu này vào việc cuốn cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh kiện, máy móc khác của các hãng như Boeing 757, 676 Airbus 310… Ngành công nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô; các ngành dân dụng như y tế (hệ thống chân, tay giả, răng giả, ghép sọ…, ngành thể thao, các đồ dùng thể thao như gậy gôn, vợt tennit… và các ngành dân dụng, quốc kế dân sinh khác. Ở nước ta việc sản xuất các sản phẩm từ vật liệu Composite phục vụ cho đời sống cũng như trong kỹ thuật đang được phát triển rất mạnh mẽ, số lượng các cơ sở sản xuất ứng dụng phương pháp gia công mới ngày càng nhiều, gia công được các chi tiết có biên dạng ngày càng đa dạng.

Năm 2009, toàn ngành nhựa sản xuất 3. Các sản phẩm quan trọng nhất là bao bì nhựa chiếm khoảng 39%, nhựa vật liệu xây dựng và nhựa gia dụng đều chiếm 21%, và nhóm nhựa kĩ thuật chiếm khoảng 19%. Năm 2010 kim ngạch xuất khẩu toàn ngành nhựa ước đạt khoảng 1 tỷ USD. Ngày 30/12, Bộ Công Thương vừa tổ chức Hội thảo"Quy hoạch phát triển ngành nhựa Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2025", điều đó chứng tỏ tầm quan trọng của ngành nhựa Việt Nam.

Tại khoa răng của bệnh viện trung ương Quân đội 108 đã sử dụng vật liệu Composite vào trong việc ghép răng thưa, các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các dải phân cách đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng và ghế ngồi, mái che của các nhà thi đấu, các sân vận động và các trung tâm văn hoá…Tại Hà Nội đã có 8 đề tài nghiên cứu về Composite cấp thành phố được tuyển chọn,theo đó vật liệu Composite 1 Luan van được sử dụng nhiều trong đời sống xã hội.Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu Composite vào các lĩnh vực điện dân dụng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện. Với những ứng dụng rộng rãi của vật liệu nhựa nói chung và vật liệu composite nói riêng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, trong nhiều môi trường làm việc khác nhau. Khi chất lượng cuộc sống ngày càng cao thì yêu cầu về chất lượng sản phẩm làm từ nhựa càng khắc khe hơn, dẫn đến thách thức lớn cho các nhà sản suất và gia công, cũng vì thế ngành công nghiệp khuôn mẫu ra đời để đáp ứng nhu cầu đó. Hiện nay trên thế giới ngành công nghiệp này phát triển rất mạnh mẽ đã cho ra nhiều sản phẩm có chất lượng cao và giá thành thấp.Lĩnh vực thiết kế khuôn mẫu cho sản phẩm nhựa là lĩnh vực kĩ thuật rất mới mẽ ở nước ta, đã tạo ra được nhiều sản phẩm có chất lượng cao sử dụng trong các ngành công nghiệp và dân dụng.Đặc biệt chúng ta có thể sử dụng các sản phẩm nhựa tái chế để sử dụng tạo ra các sản phẩm, từ đó góp phần bảo vệ môi trường xung quanh.

Trước đây việc chế tạo khuôn mẫu phải dựa vào bàn tay khéo léo của người thợ, nhưng cho đến nay nhờ sự phát triển của khoa học kĩ thuật đã cho ra đời phương pháp gia công mới như lập trình gia công tự động trên máy CNC, gia công trên máy xung EDM.nhờ đó có thể chế tạo nhiều bộ khuôn phức tạp và có độ chính xác cao để tạo ra các sản phẩm đáp ứng được nhu cầu của thị trường. Sản phẩm của công nghệ ép phun là tạo ra những sản phẩm nhựa đa dạng về hình dạng và kích cỡ gắn liền với cuộc sống của chúng ta. Tạo ra những sản phẩm có hình dáng phức tạp, trong mọi lĩnh vực của đời sống: tiêu dùng, công nghệ thực phẩm, y tế, công nghệ cao.Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc phong phú, không cần phải sơn. Độ nhẵn bóng bề mặt cao nên không cần phải gia công lại.

Có độ dẻo dai, nhẹ, hình dáng đa dạng, bắt mắt, thân thiện với con người, có thể tái chế tiết kiệm vật liệu. Bên cạnh những ưu điểm thì vẫn còn một số nhược điểm cần phải khắc phục để cho những sản phẩm sản xuất ra hoàn thiện hơn. 2 Luan van Sau đây là một số nhược điểm, nguyên nhân và cách khắc phục chúng[1]: Khuyết điểm Nguyên nhân Cách khắc phục - Thiết kế đảm bảo cân bằng 1.Lỗ khí dòng chảy. - Hệ thống thoát khí trên khuôn - Vùng điền đầy sau cùng phải chưa tốt.

được thoát khí tốt bằng các ty thoát khí. - Dòng chảy phân bố không đều. - Giảm vận tốc phun để nhựa điền đầy từ từ và khí dễ dàng thoát ra ngoài. - Thiết kế hệ thống dẫn nhựa hợp lý để tránh quá nhiệt.

- Thiết kế sản phẩm để tránh 2. Các đốm cháy - Các bọt khí tích tụ trong lòng bẫy khí. khuôn dưới áp suất và nhiệt độ - Giảm vận tốc quay của trục cao sẽ bị cháy tạo ra lỗi. vít và áp suất phun ép.

- Nhựa cũng bị cháy do áp suất - Giảm nhiệt độ trong khoang và nhiệt độ ép quá cao. gia nhiệt và trên vòi phun. - Ứng suất dư cao. Vết rạn nứt - Sản phẩm có nhiều đường hàn.

- Tăng bề dày chi tiết hợp lý. - Hướng co rút khác nhau dẫn - Thiết kế kênh dẫn giảm co đến nứt. - Trộn vật liệu chưa đều và dính - Loại bỏ hơi ẩm và điều ẩm vật liệu. chỉnh tỷ lệ vật liệu ép hợp lý.

Tróc bề mặt - Nhiệt nóng chảy của nhựa - Đánh bóng miệng phun và thấp. - Ở miệng phun và kênh dẫn có - Tăng nhiệt độ dòng nhựa để 3 Luan van cạnh sắc. tạo liên kết. - Giữ vật liệu sạch trước khi ép.

Đổi màu sản phẩm - Khoang cấp liệu quá dài khiến - Giảm ma sát của hệ thống nhựa điền đầy lòng khuôn ở dẫn để tránh quá nhiệt. - Tránh sự tích tụ khí làm - Vật liệu nghiền khác màu với cháy sản phẩm. vật liệu tái chế. - Chọn trục vít hợp lý.

- Trục vít tạo ma sát lớn. - Giảm nhiệt độ khoang cấp liệu và vòi phun. -Đảm bảo sự khép kín giữa 6. Bavia hai nửa khuôn hợp lý.

- Các tấm khuôn không khít nhau. - Tăng khả năng chịu lực của các tấm khuôn bằng các tấm - Lực kẹp khuôn không đủ để đỡ phụ. chống lại áp suất lòng khuôn. - Tăng lực kẹp của máy.

- Sự đông đặc cục bộ quá mức làm tăng áp trong lòng khuôn. - Giảm nhiệt độ khoang cấp liệu và vòi phun để tránh áp - Nhiệt chảy dẻo quá cao và áp suất phun quá cao suất ép quá cao cũng làm cho bavia. - Giảm áp suất phun và bảo áp thay vào đó tăng thời gian ép - Hệ thống thoát khí quá sâu. cũng như hạ từ từ vận tốc phun đề tránh áp suất ngược.

- Sự làm nguội giữa các vùng - Thiết kế hệ thống làm nguội 7. Sản phẩm bị cong vênh không đồng đều làm sản phẩm cho đồng đều. co rút theo nhiều hướng khác - Giảm bề dày thành chi tiết nhau. Đây là nguyên nhân chính nếu có thể, hoặc thêm vào các làm chi tiết bị cong vênh.

vấu lồi, gân tăng cứng. - Chi tiết bị cong vênh do làm - Đặt miệng phun để dòng nguội hai mặt chảy chảy theo một hùng. 4 Luan van - Có thể tăng bề dày sản phẩm để mở rộng dòng chảy. - Đặt miệng phun tại nơi có bề 8.

Sản phẩm không được - Dòng nhựa bị hạn chế do kênh dày lớn. điền đầy dẫn bị đông đặc. - Tăng kích thùc miệng phun, - Lòng khuôn quá phức tạp kích thùc kênh dẫn hay số khiến dòng chảy bị nghẽn. miệng phun để giảm kháng - Thoát khuôn không tốt.

- Nhiệt chảy dẻo hay nhiệt độ - Đặt lỗ thoát khí tại nơi khó khuôn quá thấp. điền đầy hoặc tăng số lïng lỗ - Công suất máy ép hoặc tốc độ thoát khí. ram quá thấp. - Tăng áp suất phun ( khoảng - Khuôn bị rò rỉ áp và thể tích 70 – 80 % áp suất cực đại của vật liệu cũng gây nên thiếu vật máy).

- Tăng vận tốc phun để nhựa điền đầy vào lòng khuôn nhanh hơn. - Tăng thể tích phun. - Không dùng lại vật liệu bò nhiễm bẩn. - Tránh để vật liệu dính tạp chất trùc khi ép.

Sản phẩm bị dính vết - Tránh để dầu bôi trơn của bẩn và có sọc máy lẫn vào nhựa chảy dẻo. - Vật liệu bị biến chất do quá - Làm nhẵn bóng bề mặt kênh nhiệt. - Vật liệu không sạch. - Chọn công suất ép thích hợp (70 -80 % công suất máy).

- Vệ sinh máy và khuôn trùc khi ép. - Giảm nhiệt độ khoang cấp liệu và vòi phun để tránh gây quá nhiệt cho nhựa. Đường hàn - Vị trí miệng phun đặt lệch. - Đặt vị trí miệng phun sao - Bề dày sản phẩm cho cân bằng dòng chảy.

- Thoát khí không tốt - Giảm sự chênh lệch bề dày Qua các nhược điểm đã nêu ở trên thì ta thấy rằng có rất nhiều nguyên nhân gây ra nhược điểm, một trong những nguyên nhân quan trọng nhưng ít được quan tâm trong quá trình thiết kế khuôn là rãnh thoát khí.  Chức năng chính của hệ thống thoát khí là hạn chế các vấn đề sau: - Khi khí không được thoát tốt, có thể gây nghẹt và gây hậu quả là sản phẩm không được điền đầy hoàn toàn. - Khi khí không được thoát hoàn toàn nó sẽ tạo áp suất và nhiệt độ quanh nó gây cháy vật liệu xung quanh, tạo nên các vết sém ảnh hưởng rất lớn đến tính thẩm mỹ của sản phẩm. - Khi khí trộn lẫn với nhựa xung quanh nó sẽ làm cho kết cấu sản phẩm không đồng đều, làm giảm sức bền của các sản phẩm, tập trung ứng suất sẽ xuất hiện ở vùng này gây ra các vết nứt sau này khi sử dụng.