PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trong và ngoài nƣớc Ngoài nƣớc:Tronglĩnhvựckhuôn épnhựaviệcxửlí nhiệt đóngmộtvaitrò cựckỳquantrọng. Tối ƣuhóaquá trìnhgianhiệtkhuôn épgiúphạnchếcáclỗitrênbềmặtsảnphẩm ép, chophépchếtạobộkhuônvà sảnxuấtcácbộphận, chitiếtsiêunhỏởcấp độmicro. Nhữngphƣơngphápgianhiệttruyềnthống, nhƣ làmnóngbằngcácchấtdẫntrunggianlà nƣớchaydầu, chúngcó nhữnghạnchếlà thờigiangianhiệtlâuvà hiệuquảsảnxuấtthấp.
Mật độtruyềnnhiệtrấtthấp, và phảilàmlạnhmộtdiệntíchlớntrênkhuôn éptrƣớckhitiếnhànhquá trình épmới. Gianhiệtbằngphƣơngphápcảmứng điệntừchophépgiảmthờigiantái épkhuônbởimật độtruyềndẫnnhiệtrấtcaovà khảnănglàmnóngcụcbộ. Hơnnữa, gianhiệtbằngphƣơngphápcảmứng điệntừgiảmthiểuchiphí sảnxuất, chấtlƣợngbềmặt đƣợcnângcao đángkể. Khisosánhmộtcáchtƣơngquanvềthờigianthì vớicùngyêucầuvềchấtlƣợngbềmặtsảnphẩm, phƣơngphápgianhiệtcảmứng điệntừcó thểgiảmthiểulên đến 50%thờigiansovớicácphƣơngphápgianhiệtkhác.
Udo Hinzpeter and Elmar Wrona, Advances in Induction and Microwave Heating of Mineral andOrganic Materials, February, 2011. Simpson, Induction Heating Handbook, McGraw-Hill Companies, 1978 Trong nƣớc:Hiệnnaytrongnƣớcchủyếumới đitậptrungnghiêncứuvà ứngdụngphƣơngpháplàmnóngbằngcảmứng điệntừtronglĩnhvựcnhiệtluyện, cáclò luyệnkim. Hoạt độngcủacáclò cảmứngcũngdựavàohiệntƣợngcảmứng điệntừ, khi đƣamộtkhốikimloạivàotrongmộttừtrƣờngbiếnthiên (100 Hz – 8000 Hz), trongkhốikimloạixuấthiệnmộttừtrƣờngxoáy (Foucault). Nhiệt độtăngnhanhdó dòng điệnxoáy đốtnóngkhốikimloại.
xiii Nguyênlý làmnóngcủaphươngphápcảmứng điệntừ 2. Tính cấp thiết Cùngvớixuthếpháttriểncủathời đạicôngnghiệphóa-hiện đạihóa, chấtlƣợngsảnphẩmphải đi đôivớigiá thành. Nângcaochấtlƣợngsảnphẩmvà giảmgiá thànhsảnxuấtlà mục đíchcaonhấtcủabấtkỳcôngty, doanhnghiệpnào, là chìakhóa đểmởcánhcửathànhcông. Vì vậyviệcứngdụngnhữngphƣơngpháp, côngnghệmớicần đƣợcthựchiện.
Nungnóngvậtliệukimloạibằngphƣơngphápcảmứng điệntừ đã đƣợcnghiêncứuvà ứngdụngtừnhữngnăm 1912. Phƣơngphápnàyởnƣớctachủyếu đƣợcsửdụngtrongcôngnghệnhiệtluyện. Việcứngdụngphƣơngphápnàytrongquá trìnhgianhiệtkhuôn épnhựahiệncònrất ítcácnghiêncứu và ứng dụng. Việcsửdụngphƣơngphápgianhiệtbằngcảmứng điệntừgiảmtốithiểuthờigiantái épkhuônsảnphẩmhaynóicáchkháclà giảmthờigiancủamỗichukỳsảnxuất, điềunàygiúptiếtkiệmchiphí sảnxuất và tăng cao năng suất hoạt động của máy.
Cungcấpphƣơngtiệngiảngdạythựctếtronggiảngdạygiúpsinhviênnắmbắt đƣợcnhƣngphƣơngphápmới. Trƣớcnhữngvấn đềnhƣ trên, việcnghiêncứuvà thiếtkếcácthiếtbịgianhiệtkhuôn épnhựatrởthànhmột đềtàimangtínhứngdụngthựctiễncao. Máy thực tế phục vụ cho việc thực tập của sinh viên. Mục tiêu của nghiên cứu Nghiên cứu nguyên lý của phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ.
xiv Gia công và lắp ráp hoàn chỉnh thiết bị gia nhiệt khuôn ép nhựa bằng cảm ứng điện từ. Đánh giá hiệu quả gia nhiệt khuôn bằng phƣơng pháp c ảm ứng điện từ đến khả năng điền đầy, độ bóng bề mặt, độ cong vênh và tốc độ ép khuôn nhựa. Cách tiếp cận. Tìm hiểu về quy trình gia nhiệt lòng khuôn ép nhựa.
Phân tích khả năng, cách thức áp dụng phƣơng pháp cảm ứng điện từ vào quá trình gia nhiệt lòng khuôn. Đề ra phƣơng án thiết kế, chế tạo phù hợp có tính thực tiễn cao. Thiết kế, chế tạo thiết bị gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ. Phƣơng pháp nghiên cứu: Phƣơng pháp tham khảo tài liệu.
Phƣơng pháp tiếp cận các loại thiết bị có nguyên lý tƣơng tự. Phƣơng pháp thực nghiệm. Phƣơng pháp mô hình hóa trên máy tính. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Nguyên lý hoạt động và thiết kế máy gia nhiệt Phạm vi nghiên cứu Máy gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ hoàn chỉnh.
Nội dung nghiên cứu Phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo hình sản phẩm, đặc biệt là ảnh hƣởng, hiệu quả của gia nhiệt khuôn. Nghiên cứu nguyên lý của phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ. Chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh thiết bị. Thực nghiệm, đánh giá quá trình gia nhiệt cho bề mặt tấm khuôn.
xv Chƣơng 1: Tổng quan CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN QUY TRÌNH PHUN ÉP 1.1 Các khái niệm về khuôn Khuôn là dụng cụ dùng để tạo hình sản phẩm theo phƣơng pháp định hình, khuôn đƣợc thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lƣợng chu trình nào đó, có thể một lần và cũng có thể là nhiều lần. Kết cấu và kích thƣớc của khuôn đƣợc thiết kế và chế tạo phụ thuộc vào hình dáng, kích thƣớc, chất lƣợng và số lƣợng của sản phẩm cần tạo ra. Ngoài ra còn có rất nhiều vấn đề khác cần phải quan tâm đến nhƣ các thông số công nghệ của sản phẩm (độ co rút, tính đàn hồi, độ cứng,…), các chỉ tiêu về tính kinh tế của bộ khuôn. Khuôn ép nhựa bao gồm hai phần chính: - Phần cavity (phần khuôn cái, khuôn cố định): đƣợc gá trên tấm cố định của máy ép nhựa.
- Phần core (phần khuôn đực, khuôn di động): đƣợc gá trên tấm di động của máy ép nhựa. Ngoài ra, khoảng trống giữa cavity và core đƣợc điền đầy bởi nhựa dẻo. Sau đó, nhựa dẻo đƣợc làm nguội đông đặc lại rồi lấy ra khỏi khuôn bằng hệ thống lấy sản phẩm hoặc thao tác bằng tay. Sản phẩm thu đƣợc có hình dáng c ủa lòng khuôn.
Trong một bộ khuôn phần lõm vào sẽ xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm đƣợc gọi là lòng khuôn, còn phần lồi ra sẽ xác định hình dạng bên trong của sản phẩm đƣợc gọi là lõi, một bộ khuôn có thể có một hoặc nhiều lòng khuôn và lõi, phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi đƣợc gọi là mặt phân khuôn.1 Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng 1 Chƣơng 1: Tổng quan 1.2 Kết cấu khuôn Ngoài core và cavity ra thì trong khuôn còn có nhiều bộ phận khác: - Hệ thống dẫn hƣớng và định vị: gồm tất cả các chốt dẫn hƣớng, bạc dẫn hƣớng, vòng định vị, chốt hồi,… có nhiệm vụ giữ đúng vị trí làm việc của hai phần khuôn khi ghép với nhau để tạo lòng khuôn chính xác. - Hệ thống dẫn nhựa vào lòng khuôn: gồm bạc cuống phun, kênh dẫn nhựa và miệng phun làm nhiệm vụ cung cấp nhựa từ đầu phun máy ép vào trong lòng khuôn. - Hệ thống đẩy sản phẩm: gồm các chốt đẩy, chốt hồi, chốt đỡ, bạc chốt đỡ, tấm đẩy, tấm giữ, khối đỡ,… có nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi ép xong. - Hệ thống lõi mặt bên: gồm lõi mặt bên, má lõi, thanh dẫn hƣớng, cam chốt xiên, xy lanh thủy lực,… làm nhiệm vụ tháo under-cut.
- Hệ thống làm nguội: gồm các đƣờng nƣớc, các rãnh, ống dẫn nhiệt, đầu nối,…có nhiệm vụ ổn định nhiệt độ khuôn và làm nguội sản phẩm một cách nhanh chóng. - Hệ thống thoát khí: gồm có những rãnh thoát khí đƣa khí tồn đọng trong lòng khuôn ra ngoài, tạo điều kiện cho nhựa điền đầy lòng khuôn dễ dàng giúp cho sản phẩm không bị khuyết tật.2 Các hệ thống chính của khuôn 2 Chƣơng 1: Tổng quan Hình 1.3 Kết cấu chung của một bộ khuôn Chú thích: 1. Tấm kẹp trƣớc 10. Tấm khuôn âm 11.
Bạc cuống phun 12. Tấm kẹp sau 4. Vòng định vị 13. Tấm khuôn dƣơng 16.
Bạc dẫn hƣớng 8. Chốt dẫn hƣớng 9.3 Công nghệ ép phun là gì? Một cách đơn giản nhất, công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lòng khuôn. Một khi nhựa đƣợc làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì đƣợc mở ra và sản phẩm đƣợc đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy. Trong quá trình này không có bất kỳ một phản ứng hóa học nào.
Thời gian của một chu kỳ ép phun của sản phẩm nhựa nhƣ sau: 3 Chƣơng 1: Tổng quan Hình 1.4 Thời gian chu kỳ ép phun Dựa vào sơ đồ chu kỳ ép phun nhƣ trên hình 1.7, có thể phân quá trình ép phun làm 5 giai đoạn: 1.1 Giai đoạn đóng khuôn Chỉ hướng chuyển động 4 Chƣơng 1: Tổng quan Hình 1.5Diễn biến giai đoạn đóng khuôn Trong giai đoạn này, các hạt nhựa sẽ đƣợc đƣa vào cơ cấu trục vít thông qua phễu, trục vít sẽ có nhiệm vụ gia nhiệt cho các hạt nhựa đến trạng thái lỏng, nhựa lỏng này sẽ chuẩn bị đƣợc dƣa vào lòng khuôn. Giai đoạn đóng khuôn đƣợc thực hiện nhờ một cơ cấu kẹp trên máy phun ép. Cơ cấu này sẽ điều khiển tấm khuôn cố định, tấm khuôn di động và giữ để khuôn mở ra khi áp suất trong lòng khuôn tăng trong giai đoạn phun và giai đoạn duy trì áp suất.2 Giai đoạn phun Hình 1.6 Giai đoạn phun Sau khi đƣợc điền đầy vào cuống phun và hệ thống kênh dẫn nhựa đến lòng khuôn, nhựa sẽ đƣợc đƣa vào lòng khuôn có nhiệt độ thấp sẽ nhanh chóng bị đông lại, tạo thành một lớp vỏ, trong khi đó phần chính vẫn còn là nhựa nóng chảy.7 Dòng nhựa khi được phun vào khuôn 5 Chƣơng 1: Tổng quan Lúc đầu, lớp nhựa đông lại rất mỏng, vì thế, nhiệt mất đi rất nhanh. Sau đó, càng nhiều nhiệt mất đi khi lớp nhựa mỏng tạo nên lớp nhựa đông dày hơn.
Sau một thời gian, lớp nhựa đông sẽ đạt đƣợc độ dày nhất định thì nhiệt thu từ nhựa và nhiệt ma sát sinh ra từ dòng chảy sẽ cân bằng với nhiệt lƣợng đã mất. Ở thời điểm này, nhựa sẽ đạt đƣợc trạng thái cân bằng về nhiệt. Vì nhựa dẫn nhiệt kém nên lớp vỏ ngoài sẽ đóng vai trò là lớp cách nhiệt cho lõi trong của nhựa nóng chảy và giữ nhiệt cho lõi trong. Do đó, nguyên liệu nhựa vẫn có thể chảy qua lõi giữa trong quá trình ép phun.
Nếu tốc đọ phun tăng thì lớp nhựa đông lại sẽ bị mỏng đi do nhiệt mma sát sinh ra cao hơn. Tƣơng tự, độ nóng chảy và nhiệt độ khuôn cao sẽ làm giảm độ dày của lớp nhựa đông lại.3 Giai đoạn duy trì áp suất Hình 1.8 Giai đoạn duy trì áp suất Sau khi điền đầy khuôn, nhựa dẻo lỏng sẽ bắt đầu đông cứng lại do nhiệt độ của khuôn thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của nhựa. Lúc này, thể tích của nhựa sẽ co lại, để đảm bảo kích thƣớc của chi tiết, ta phải ép thêm nhựa lỏng vào để tiếp tục điền đầy khuôn và bù lại lƣợng nhựa bị co rút. Do đó, ta phải duy trì áp suất giữ nhựa cho tới khi nhựa đông cứng lại.4 Giai đoạn làm nguội 6 Chƣơng 1: Tổng quan Hình 1.9 Giai đoạn làm nguội Để giảm thời gian chu kỳ ép phun, sau khi điền đày khuôn, nhựa lỏng sẽ đƣợc làm nguội nhờ hệ thống giải nhiệt.
Trong thực tế, thời gian làm nguội chiếm 50 – 60% toàn bộ thời gian chu kỳ ép phun khuôn. Do đó, ta cần đặt hệ thống làm nguội thích hợp để giảm thời gian làm nguội, cũng nhƣ thời gian ép một chi tiết. Để quá trình làm nguội một chi tiết đạt yêu cầu, ta cần lƣu ý những điểm sau: - Những kênh làm nguội cần đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt, nhƣng phỉa chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu khuôn. - Các kênh làm nguội phải đặt gần nhau, cũng phải chú ý tới độ bền cơ học của khuôn.
- Đƣờng kính của kênh làm nguội phải lớn hơn 8mm và giữ nguyên nhƣ vậy - Tránh thiết kế các kênh làm nguội quá dài, có thể dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn - Chú ý làm nguội những phần dày của sản phẩm. - Tính dẫn nhiệ của khuôn cũng có ảnh hƣởng đến khả năng làm nguội của các kênh giải nhiệt.5 Giai đoạn mở khuôn 7 Chƣơng 1: Tổng quan Chỉ chiều chuyển động Hình 1.10 Diễn biến giai đoạn đẩy Sau khi sản phẩm đƣợc làm nguội đến nhiệt độ cho phép, ta sẽ mở khuôn và tháo sản phẩm ra khỏi khuôn. Để giảm thời gian tháo sản phẩm ra khỏi khuôn, ta cầ thiết kế hệ thống đẩy thích hợp.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến ép phun 1.1 Nhiệt độ a) Sự không đồng nhất của nhiệt độ - Nhiệt độ của nhựa sẽ thay đổi trong suốt quá trình di chuyển từ đầu phun máy ép cho đến lòng khuôn.
