CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, nhu cầu gia nhiệt cho khuôn ép nhựa đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khả năng tạo hình cho sản phẩm nhựa trong quá trình khuôn phun ép, mang lại những đóng góp quan trọng cho việc tăng năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Đồng thời khả năng có thể thay đổi linh hoạt thiết kế của sản phầm trong lòng khuôn khiến cho số sản phẩm ép được trên một bộ khuôn trở nên đa dạng hơn. Trong quá trình ép phun nhựa, một phần lớn thời gian chu kỳ được dành cho quá trình giải nhiệt, và việc áp dụng gia nhiệt hiệu quả có thể giảm thời gian và chi phí vận hành.
Đối diện với thách thức này, nghiên cứu tập trung vào khả năng tạo hình cho sản phẩm nhựa thông qua việc sử dụng kênh dẫn hỗn hợp trong quá trình gia nhiệt khuôn. Đồng thời, để đảm bảo hiệu suất và tính tự động hóa cao, nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo khuôn thí nghiệm dựa trên ý tưởng ban đầu sau đó về lâu dài có thể cải tiến để hoàn thiện hơn. Trong quá trình ép phun, thời gian làm nguội chiếm khoảng 60% chu kì khuôn, việc làm nguội đúng cách sẽ giúp làm giảm chu kì ép phun giảm xuống, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí. Có hai loại kênh dẫn giải nhiệt: Kênh dẫn giải nhiệt truyền thống (Traditional Cooling) và Kênh dẫn giải nhiệt phù hợp với hình dáng của chi tiết (Conformal Cooling).
Kênh dẫn giải nhiệt kiểu truyền thống (Traditional Cooling) Hình 1.1 Kênh dẫn giải nhiệt kiểu truyền thống (Traditional Cooling) [7] Kênh giải nhiệt kiểu truyền thống bao gồm các kênh làm mát được tạo ra trong khuôn bằng cách sử dụng các phương pháp tiêu chuẩn như khoan hoặc phay. Các kênh này thường thẳng, mặc dù chúng có thể giao nhau hoặc được cải thiện bằng cách làm mát kiểu 1 vách ngăn(baffles) và vòi phun(bubblers). Thiết kế kênh làm mát tiêu chuẩn thích hợp nhất cho các bộ phận có hình dạng đơn giản để đảm bảo toàn bộ bộ phận được làm mát hiệu quả. Ưu điểm: + Thiết kế đơn giản: Kênh giải nhiệt kiểu truyền thống đã được sử dụng trong ngành ép nhựa trong nhiều năm và phù hợp với hầu hết các ứng dụng ép khuôn, đặc biệt là những ứng dụng có hình dạng đơn giản.
+ Tiết kiệm chi phí: Kênh giải nhiệt kiểu truyền thống sử dụng các kênh làm mát đơn giản được gia công vào khuôn. Mặc dù chúng có thể không hiệu quả như các kỹ thuật tiên tiến hơn, nhưng chúng tiết kiệm chi phí và dễ áp dụng. Nhược điểm: + Không hiệu quả với chi tiết có hình dạng phức tạp: Sự đơn giản của các kênh giải nhiệt kiểu truyền thống làm cho chúng kém hiệu quả đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp. Những kênh này có thể không cung cấp sự làm mát đồng đều, dẫn đến thời gian chu kỳ dài hơn và các vấn đề về chất lượng.
+ Giới hạn về tối ưu hóa: Kênh giải nhiệt kiểu truyền thống thường không đạt được hiệu quả tối ưu làm mát cho khuôn, không khai thác hết tiềm năng tiết kiệm năng lượng. + Giới hạn về kích thước: Kênh giải nhiệt kiểu truyền thống có thể không phù hợp với các khuôn phức tạp hoặc lớn, làm giảm hiệu quả của chúng. Kênh dẫn giải nhiệt phù hợp với hình dáng của chi tiết (Conformal Cooling) Hình 1.2 Kênh dẫn giải nhiệt phù hợp với hình dáng của chi tiết (Conformal Cooling) [7] Kênh dẫn giải nhiệt được thiết kế phù hợp phù hợp với hình dáng của chi tiết là một kỹ thuật kết hợp các kênh làm mát tùy chỉnh vào các công cụ được sử dụng trong quá trình 2 ép phun nhựa. Các kênh dẫn giải nhiệt có thể được thiết kế đặc biệt để phù hợp với hình dạng của chi tiết để làm mát đồng đều và hiệu quả hơn.
Việc sử dụng kênh dẫn giải nhiệt được thiết kế riêng phù hợp với hình dạng của chi tiết có thể giảm thời gian chu kỳ từ 10 đến 40% và đôi khi thậm chí lên tới 70%. Ưu điểm: + Giảm thời gian chu kỳ: Giai đoạn làm mát thường là giai đoạn tốn nhiều thời gian nhất trong chu kỳ tổng thể của quá trình ép nhựa. Kênh dẫn giải nhiệt được thiết kế phù hợp với hình dáng của chi tiết giảm thiểu thời gian làm mát và do đó giảm thiểu tổng thời gian chu kỳ. + Sản phẩm có chất lượng cao hơn: Bởi vì Kênh dẫn giải nhiệt được thiết kế phù hợp với hình dáng của chi tiết nên sẽ làm mát khuôn đồng đều hơn, sản phẩm sau khi ép ít khiếm khuyết hơn và ít cong vênh hơn.
Sự làm mát khuôn đồng đều này dẫn đến sản phẩm chất lượng cao hơn. + Giảm thiểu lãng phí: Việc kiểm soát chính xác quá trình làm mát giúp giảm thiểu lỗi, tỉ lệ lãng phí thấp và sản phẩm đạt được độ đồng đều cao. Nhược điểm: + Giai đoạn thiết kế tốn nhiều thời gian: Thiết kế kênh dẫn giải nhiệt phù hợp cần phải được tối ưu hóa cẩn thận để đạt hiệu quả làm mát tốt nhất nên tốn nhiều thời gian hơn so với khuôn sử dụng kênh dẫn giải nhiệt kiểu truyền thống. + Chi phí khuôn: Khuôn sử dụng kênh dẫn giải nhiệt phù hợp đắt hơn so với khuôn sử dụng kênh dẫn giải nhiệt kiểu truyền thống.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Trong môi trường công nghiệp hiện đại, việc nghiên cứu và tối ưu hóa hệ thống giải nhiệt trong quá trình sản xuất khuôn ép nhựa đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Bằng cách phân tích và đánh giá phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn, đề tài này giúp cải thiện hiệu suất làm việc của khuôn, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu các lỗi sản xuất do nhiệt độ không đồng đều gây ra. Ngoài ra, với việc áp dụng kênh dẫn giải nhiệt dạng cooling layer, nghiên cứu này còn mở ra hướng phát triển mới cho công nghệ chế tạo khuôn, đảm bảo sự ổn định nhiệt độ 3 trong quá trình sản xuất.
Đây là một bước tiến quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất công nghiệp, giúp tiết kiệm năng lượng và tài nguyên, đồng thời nâng cao tính cạnh tranh của các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp chế tạo. Với các kết quả và đề xuất hướng phát triển từ đề tài này, dự kiến sẽ đóng góp tích cực vào việc nâng cao hiệu quả sản xuất và sự bền vững của ngành công nghiệp, đồng thời đem lại lợi ích lớn cho cả xã hội và môi trường. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. - Tìm ra các thông số: nhiệt độ, thời gian ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ.
- Tìm ra sự thay đổi phân bố nhiệt độ giữa các nhiệt độ gia nhiệt khác nhau. - Sự khác nhau của phân bố nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm. - Tính hiệu quả của kênh dẫn dạng Cooling Layer của khuôn. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.
Đối tượng nghiên cứu: - Kênh dẫn giải nhiệt dạng Cooling Layer - Sự phân bố nhiệt độ của lòng khuôn khi sử dụng kênh dẫn giải nhiệt dạng Cooling Layer. Phạm vi nghiên cứu và chọn đề tài: - Kênh dẫn giải nhiệt dạng Cooling Layer cho sản phẩm 2D hình chữ nhật dày 1mm - Dung dịch làm mát là nước. - Gia nhiệt lòng khuôn bằng nước nóng. - Nhiệt độ nước gia nhiệt khuôn: 70°C, 80°C, 90°C.
- Thời gian gia nhiệt: 2s, 4s, 6s, 8s, 10s, 12s, 14s, 16s, 18s, 20s. Phương pháp nghiên cứu. Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các lý thuyết về khuôn phun ép nhựa và hệ thống kênh dẫn giải nhiệt. Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm mô phỏng để mô hình hóa quá trình phân bố nhiệt độ trong khuôn.
Thực nghiệm và đo lường: Tiến hành các thử nghiệm thực tế trên mẫu khuôn, đo và ghi nhận các thông số nhiệt độ tại các điểm khác nhau trong lòng khuôn. Đánh giá hiệu quả giải nhiệt của hệ thống cooling layer. 4 Phân tích dữ liệu và so sánh: Phối hợp giữa dữ liệu từ mô phỏng và thực nghiệm để phân tích và so sánh phân bố nhiệt độ trong khuôn. Đưa ra đánh giá về sự hiệu quả và khả năng ứng dụng của hệ thống cooling layer.
Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp bao gồm những chương sau: Chương 1: Giới thiệu (Trình bày tính cấp thiết của đề tài). Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài (Trình bày về phương pháp gia nhiệt và các nghiên cứu liên quan cả trong và ngoài nước). Chương 3: Cơ sở lý thuyết (Trình bày lý thuyết về khuôn phun ép nhựa, tổng quan về các hệ thống và phương pháp giải nhiệt). Chương 4: Mô hình thí nghiệm (Giới thiệu sơ bộ cấu tạo và cách hoạt động của bộ khuôn cần nghiên cứu, trình bày mô hình làm thí nghiệm gia nhiệt để chụp lại hình ảnh phân bố nhiệt trong lòng khuôn và mô hình mô phỏng bằng phần mềm Ansys).
Chương 5: Kết quả khảo sát phân bố nhiệt độ giữa mô phỏng và thực nghiệm (Đưa ra kết quả phân bố nhiệt độ từ quá trình mô phỏng và thực nghiệm, so sánh và đưa ra nhận xét). Chương 6: Kết luận (Nêu ra kết luận từ kết quả và đề xuất các hướng phát triển tiếp theo cho đề tài). 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2. Giới thiệu Khảo sát phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn khi áp dụng kênh dẫn giải nhiệt dạng Cooling Layer là một phần quan trọng trong quá trình nghiên cứu và phát triển của ngành công nghiệp gia công khuôn mẫu.
Phương pháp này tập trung vào việc sử dụng hệ thống kênh dẫn để truyền nhiệt đến khuôn bằng nước lạnh, nhằm đảm bảo sự phân bố nhiệt độ đồng đều và hiệu quả của hệ thống làm mát. Trong quá trình này, quan trọng là kiểm soát và đảm bảo nhiệt độ trên toàn bộ bề mặt lòng khuôn để tránh các vấn đề như biến dạng sản phẩm và đảm bảo chất lượng. Thời gian gia nhiệt khuôn cần được điều chỉnh sao cho phù hợp với từng loại chất liệu và kích thước của bộ phận sản xuất, đảm bảo khuôn đạt được nhiệt độ cần thiết. Kiểm soát nhiệt độ là vấn đề quan trọng, với mục tiêu duy trì nhiệt độ ổn định và chính xác để tránh biến dạng và các vấn đề khác trong sản phẩm cuối cùng.
Ngoài ra, việc tiết kiệm năng lượng cũng là một thách thức, vì việc sử dụng năng lượng hiệu quả trong gia nhiệt khuôn có thể giảm chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận.