Luận văn thạc sĩ công nghệ chế tạo máy nghiên cứu quan hệ biểu đồ pvt trong khuôn có kênh dẫn nhựa nóng

Luận văn thạc sĩ công nghệ chế tạo máy nghiên cứu mối quan hệ biểu đồ PVT trong khuôn có kênh dẫn nhựa nóng, ứng dụng trong sản xuất.

• Tác giả: Nguyễn Khoa Triều
• Người hướng dẫn: PGS. TS Thái Thị Thu Hà
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu quan hệ biểu đồ PVT trong khuôn có kênh dẫn nhựa nóng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM KẾT
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH SÁCH PHỤ LỤC
• CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ KÊNH DẪN NÓNG
• 1.1.1. Thế nào là kênh dẫn nhựa nóng
• 1.1.2. Những lợi ích kỹ thuật từ việc sử dụng hệ thống HRM [20, 22]
• 1.1.3. Giới hạn của hệ thống kênh dẫn nóng [20, 22]
• 1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÁC THÔNG SỐ PVT
• 1.3. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN
• 1.4. Nội dung thực hiện của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIẢN ĐỒ PVT
• 2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PVT
• 2.1.1. Các phương pháp đo truyền thống
• 2.1.2. Các phương pháp đo cải tiến
• 2.1.3. Kỹ thuật trực tuyến
• 2.1.4. Các kỹ thuật khác
• 2.2. GIỚI THIỆU PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI BIỂU DIỄN MỐI QUAN HỆ
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY PHI TUYẾN
• 2.4. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TẠO SẢN PHẨM VỚI MOLDFLOW®
• 2.4.1. Mô phỏng sự co rút và cong vênh của sản phẩm nhựa dùng dữ liệu PVT chuẩn
• 2.4.2. Xác định các thông số của phương trình trạng thái từ Moldflow®
• 2.4.3. Mô phỏng sự co rút và cong vênh của sản phẩm nhựa dùng dữ liệu PVT thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU
• 3.1. KHUÔN CÓ KÊNH DẪN NÓNG
• 3.1.1. Bộ HRM
• 3.2. THIẾT LẬP QUY TRÌNH ĐO
• 3.3. THỰC HIỆN MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH VỚI MOLDFLOW®
• 3.4. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM
• 3.4.1. Thực nghiệm lần 1
• 3.4.2. Thực nghiệm lần 2
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG PVT TỪ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 4.1. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CÒN THIẾU
• 4.1.1. Tính tỷ trọng tan chảy tại áp suất khí quyển
• 4.1.2. Tính thể tích bộ HRM
• 4.2. TÍNH TOÁN THỂ TÍCH RIÊNG
• 4.3. TÍNH TOÁN CÁC HỆ SỐ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI
• 4.4. DÙNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG VỚI MOLDFLOW®
• 4.5. SO SÁNH CÁC HỆ SỐ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MOLDFLOW® VỚI CÁC HỆ SỐ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI TỪ THỰC NGHIỆM
• 4.6. SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TỪ CÁC THÔNG SỐ CỦA MOLDFLOW® VỚI KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TỪ THỰC NGHIỆM
• 5. CHƯƠNG 5: CÁC KẾT LUẬN, ĐỀ NGHỊ, PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• 5.1. CÁC KẾT LUẬN
• 5.2. CÁC ĐỀ NGHỊ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC TÀI LIỆU CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• Phụ lục A: Tính toán thể tích của kênh dẫn nóng và vòi phun máy ép nhựa
• Phụ lục B: Các thông số đầu vào của quá trình mô phỏng tạo sản phẩm bằng Moldflow®
• Phụ lục C: Kết quả của quá trình mô phỏng tạo sản phẩm bằng Moldflow® dùng dữ liệu chuẩn của Moldflow®
• Phụ lục D: Quy trình lên khuôn và thí nghiệm
• Phụ lục E: Kết quả của quá trình mô phỏng tạo sản phẩm bằng Moldflow® dùng dữ liệu thí nghiệm
• Phụ lục F: Một số báo giá thiết bị thí nghiệm

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ 'Nghiên cứu quan hệ biểu đồ PVT trong khuôn có kênh dẫn nhựa nóng' tập trung vào việc phân tích mối quan hệ giữa các thông số áp suất, thể tích riêng và nhiệt độ của polymer trong quá trình ép phun. Kỹ thuật ép phun là phương pháp sản xuất phổ biến trong ngành nhựa, đặc biệt là với sự phát triển của hệ thống kênh dẫn nóng. Hệ thống này giúp cải thiện độ chính xác và giảm tổn thất áp suất trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số vấn đề như co rút và biến dạng sản phẩm. Luận văn đã chỉ ra rằng việc nghiên cứu mối quan hệ PVT là cần thiết để nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa.

1.1. Tầm quan trọng của các thông số PVT

Các thông số PVT (áp suất, thể tích riêng, nhiệt độ) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất của polymer trong quá trình ép phun. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa các thông số này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Luận văn đã thiết lập các hệ số của phương trình trạng thái để mô tả mối quan hệ này, từ đó cung cấp cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo. Đặc biệt, việc sử dụng phương pháp hồi quy phi tuyến để xác định các hệ số này là một điểm nhấn quan trọng trong nghiên cứu.

II. Phương pháp nghiên cứu

Luận văn đã áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu để xác định quan hệ PVT trong khuôn có kênh dẫn nhựa nóng. Các phương pháp đo truyền thống và cải tiến đã được xem xét, cùng với kỹ thuật trực tuyến. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng Moldflow® cũng là một phần quan trọng trong nghiên cứu, giúp mô phỏng quá trình tạo sản phẩm và phân tích các thông số PVT. Kết quả từ các thí nghiệm thực tế đã được so sánh với dữ liệu mô phỏng để đánh giá độ chính xác và tính khả thi của các phương pháp đã sử dụng.

2.1. Kỹ thuật mô phỏng với Moldflow

Moldflow® là phần mềm mô phỏng nổi tiếng trong ngành nhựa, cho phép người dùng mô phỏng quá trình ép phun và phân tích các thông số PVT. Luận văn đã sử dụng phần mềm này để mô phỏng sự co rút và cong vênh của sản phẩm nhựa, từ đó xác định các thông số cần thiết cho quá trình sản xuất. Việc sử dụng dữ liệu thí nghiệm để kiểm tra độ chính xác của mô phỏng là một bước quan trọng, giúp đảm bảo rằng các kết quả thu được là đáng tin cậy và có thể áp dụng trong thực tế.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các công thức được trình bày có thể sử dụng để tính thể tích riêng của nhựa nóng chảy trong kênh dẫn nóng. Luận văn cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của thể tích riêng và phương trình trạng thái đối với chất lượng sản phẩm. Các kết quả này không chỉ có giá trị trong lý thuyết mà còn có thể áp dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp sản xuất nhựa, giúp cải thiện quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Đặc biệt, việc áp dụng các phương pháp hồi quy phi tuyến và mô phỏng với Moldflow® mở ra hướng nghiên cứu mới cho các vấn đề liên quan đến chất lượng sản phẩm nhựa.

3.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Luận văn đã đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp theo, bao gồm việc mở rộng nghiên cứu về các loại polymer khác nhau và áp dụng các phương pháp mô phỏng tiên tiến hơn. Việc nghiên cứu sâu hơn về mối quan hệ PVT trong các điều kiện khác nhau sẽ giúp nâng cao độ chính xác của các mô hình và cải thiện chất lượng sản phẩm. Đồng thời, việc phát triển các công cụ mô phỏng mới có thể giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu các lỗi trong sản phẩm nhựa.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp gia công polymer toàn cầu, công nghệ ép phun chiếm hơn 60% tổng sản lượng sản xuất chi tiết nhựa phức tạp phục vụ ngành công nghiệp ô tô, điện tử và y tế. Tuy nhiên, các khuyết tật hình thái như độ co rút cục bộ từ 1,5% đến 3,8%, biến dạng cong vênh và vết lõm bề mặt thường xuyên làm giảm độ chính xác kích thước chi tiết xuống dưới 85%, gây lãng phí hàng nghìn giờ gia công và chi phí nguyên liệu. Việc ứng dụng hệ thống kênh dẫn nhựa nóng (Hot Runner Mold - HRM) được xem là bước đột phá kỹ thuật giúp triệt tiêu 100% cuống nhựa thừa và giảm tổn thất áp suất điền đầy từ 20% đến 35%. Dù vậy, việc thiếu hụt cơ sở dữ liệu thực nghiệm về mối quan hệ áp suất - thể tích riêng - nhiệt độ (PVT) trong điều kiện vận hành khuôn kênh dẫn nóng thực tế tại Việt Nam đang là rào cản lớn đối với quá trình tối ưu hóa sản xuất.

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm giải quyết bài toán cốt lõi: Thiết lập quy trình đo trực tuyến và xác định bộ 13 hệ số của phương trình trạng thái Tait hai miền cải tiến cho dòng nhựa Polypropylene nóng chảy (mã hiệu Moplen EP300L) bên trong khuôn có kênh dẫn nóng bằng giải thuật hồi quy phi tuyến. Đề tài được triển khai từ ngày 21 tháng 01 năm 2013 đến ngày 21 tháng 06 năm 2013 tại Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Điều khiển số và Kỹ thuật Hệ thống (DCSELAB), Trường Đại học Bách Khoa thuộc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quyết định trong việc xây dựng thư viện vật liệu chuyên biệt, nâng độ chính xác khi mô phỏng dòng chảy trên phần mềm Moldflow lên trên 95% và rút ngắn từ 3 đến 5 chu kỳ thử khuôn thực tế tại các nhà máy chế tạo khuôn mẫu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng nhiệt động lực học chất dẻo và cơ học chất lưu phi Newton, vận dụng phương trình trạng thái Tait hai miền cải tiến (Modified 2-Domain Tait Equation of State) cùng mô hình áp suất Spencer-Gilmore. Phương trình Tait hai miền mô tả sự biến thiên của thể tích riêng polymer qua 13 tham số độc lập, chia tách rõ rệt hai trạng thái nhiệt động: vùng nóng chảy (phía trên nhiệt độ chuyển pha) và vùng rắn (phía dưới nhiệt độ chuyển pha). Bốn khái niệm học thuật then chốt xuyên suốt công trình gồm có:

Thứ nhất, giản đồ đặc tính PVT: Đồ thị hàm số thể hiện thể tích riêng của hạt nhựa biến thiên theo nhiệt độ gia nhiệt từ 180 độ C đến 240 độ C và áp suất nén từ 10 MPa đến 160 MPa.

Thứ hai, công nghệ kênh dẫn nhựa nóng HRM: Cấu trúc khuôn duy trì nhựa luôn ở trạng thái nóng chảy đồng nhất trong suốt chu kỳ ép nhờ vòng gia nhiệt và đầu kim phun điều khiển nhiệt PID, loại bỏ hoàn toàn cuống phun nguội.

Thứ ba, nhiệt độ chuyển pha thủy tinh và kết tinh: Ngưỡng nhiệt chuyển đổi trạng thái cấu trúc vô định hình hoặc bán tinh thể, quyết định trực tiếp đến tốc độ co rút thể tích từ 8% đến 14% khi làm nguội.

Thứ tư, nguyên lý cân bằng khối lượng trong pha giữ áp: Mô hình tính toán thể tích riêng thực nghiệm dựa trên lượng biến thiên thể tích trong xylanh máy ép, thể tích bộ HRM, vòi phun và lượng polymer rò rỉ qua van một chiều.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp thông qua hệ thống cảm biến áp suất, cặp nhiệt điện và thước đo vị trí trục vít gắn trên máy ép phun công nghiệp CLF-250T có lực kẹp 250 tấn và hệ thống ép phụ trợ IN-200. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 50 mẫu sản phẩm hạt nhựa Polypropylene (PP Moplen EP300L) và đối chứng Polyamide (PA) được gia công qua 2 đợt thí nghiệm độc lập với hơn 30 chế độ phối hợp nhiệt độ và áp suất khác nhau. Mẫu được cân đo bằng cân phân tích điện tử có độ chính xác 0,0001 gam để xác định tỷ trọng và khối lượng phun thực tế.

Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu thực nghiệm ngẫu nhiên phân tầng theo các dải nhiệt độ từ 190 độ C đến 230 độ C và các cấp áp suất nén 20 MPa, 40 MPa, 60 MPa, 80 MPa và 100 MPa. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích trực tuyến trên khuôn HRM kết hợp thuật toán hồi quy phi tuyến Levenberg-Marquardt trên phần mềm SPSS và công cụ Excel Solver là nhằm khắc phục triệt để nhược điểm của các phương pháp phòng thí nghiệm truyền thống (như phương pháp piston-xylanh hay chất lỏng hãm Gnomix pvT). Các phương pháp truyền thống chỉ làm nguội chậm từ 3 đến 5 độ C mỗi phút, hoàn toàn không tái hiện được tốc độ làm nguội cưỡng bức lên tới hơn 100 độ C mỗi phút trong chu kỳ ép phun thực tế. Toàn bộ lộ trình nghiên cứu từ chế tạo khuôn, lắp đặt cảm biến, chạy thực nghiệm đến phân tích dữ liệu số được tiến hành chặt chẽ trong vòng 5 tháng liên tục.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm và xử lý hồi quy phi tuyến đã đem lại 4 phát hiện khoa học quan trọng:

Thứ nhất, đề tài đã xác lập thành công bộ 13 hệ số của phương trình trạng thái Tait hai miền cải tiến cho nhựa PP Moplen EP300L trong khuôn HRM. Thể tích riêng ở trạng thái nóng chảy tại áp suất khí quyển đo được nằm trong khoảng từ 1,125 đến 1,282 cm3/g khi nhiệt độ biến thiên từ 190 độ C đến 230 độ C.

Thứ hai, áp suất nén giữ có tác động triệt tiêu rõ rệt lên thể tích riêng của polymer nóng chảy. Khi tăng áp suất giữ từ 20 MPa lên 100 MPa ở nhiệt độ 210 độ C, thể tích riêng giảm trung bình 7,4%, làm tăng mật độ dòng nhựa điền đầy và giảm hơn 70% nguy cơ hình thành bọt khí bên trong lòng hốc khuôn.

Thứ ba, dữ liệu thực nghiệm PVT từ khuôn HRM cho thấy mức độ sai khác đáng kể so với dữ liệu chuẩn trong thư viện có sẵn của phần mềm Moldflow (vốn được đo bằng thiết bị Gnomix pvT dựa trên kỹ thuật chất lỏng hãm). Thể tích riêng thực nghiệm tại vùng nhiệt độ cao có độ lệch từ 3,5% đến 4,8% so với dữ liệu chuẩn.

Thứ tư, khi nhập cơ sở dữ liệu vật liệu mới với 13 tham số thực nghiệm vào phần mềm Moldflow để mô phỏng ép phun, độ co rút thể tích của chi tiết giảm 12,6% và độ biến dạng cong vênh tổng thể giảm 9,3% so với kết quả mô phỏng bằng dữ liệu mặc định của nhà sản xuất phần mềm.

Thảo luận kết quả

Sự sai khác giữa đường cong PVT đo trực tuyến trong khuôn HRM và dữ liệu chuẩn của phần mềm Moldflow xuất phát từ lịch sử nhiệt động và ứng suất trượt của dòng chảy polymer. Phương pháp chất lỏng hãm tĩnh trong phòng thí nghiệm có tốc độ làm nguội rất chậm (dưới 5 độ C mỗi phút), cho phép các mạch đại phân tử kết tinh hoàn chỉnh với trật tự sắp xếp cao. Ngược lại, trong khuôn có kênh dẫn nóng HRM, dòng polymer nóng chảy chịu tác động đồng thời của vận tốc trượt cao và tốc độ làm nguội nhanh qua thành khuôn kim loại, làm quá trình kết tinh diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn và tạo ra thể tích tự do lớn hơn khoảng 4,2%.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua đồ thị đường cong đẳng áp PVT (thể tích riêng theo nhiệt độ tại các mức áp suất 0, 20, 40, 60, 80, 100 MPa) và bảng đối chiếu 13 tham số Tait giữa thực nghiệm và Moldflow (bao gồm các hệ số độ nén b1m đến b4m, hệ số nhiệt b5 đến b9). Biểu đồ phân bố độ co rút thể tích 3D trên mô hình mô phỏng Moldflow chỉ ra rằng hệ thống kênh dẫn nóng giúp duy trì trường áp suất đồng đều trong lòng khuôn, triệt tiêu 18% ứng suất dư nhiệt so với khuôn kênh dẫn nguội 3 tấm truyền thống. Khi so sánh với các sản phẩm thực nghiệm thực tế được dập thử trên máy ép CLF-250T, kết quả mô phỏng dùng dữ liệu PVT mới đạt độ trùng khớp kích thước hình học lên tới 96,2%.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất công nghiệp cơ khí khuôn mẫu và gia công nhựa chính xác, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

Thứ nhất, cập nhật cơ sở dữ liệu vật liệu tùy biến trên các phần mềm mô phỏng kỹ thuật CAE: Các doanh nghiệp sản xuất khuôn mẫu cần thay thế các tệp dữ liệu nhựa mặc định bằng bộ 13 hệ số Tait đo trực nghiệm trên hệ thống HRM, nhằm mục tiêu đưa độ sai lệch mô phỏng co ngót xuống dưới 4% trong vòng 3 đến 6 tháng chuyển giao. Chủ thể thực hiện là đội ngũ kỹ sư thiết kế khuôn và chuyên viên phân tích CAE.

Thứ tư, chuẩn hóa quy trình đo lường PVT trực tuyến tại nhà máy: Lắp đặt hệ thống cảm biến áp suất đầu phun, cảm biến khoang khuôn và thước đo dịch chuyển trục vít số hóa trên các dòng máy ép nhựa công nghiệp, thiết lập quy chuẩn kiểm tra định kỳ các lô hạt nhựa nhằm tối ưu hóa 100% áp lực và thời gian giữ áp. Thời gian triển khai kéo dài 2 tháng, do phòng kỹ thuật công nghệ nhà máy chủ trì.

Thứ ba, đầu tư nâng cấp công nghệ khuôn kênh dẫn nóng đa tầng: Chuyển đổi công nghệ từ khuôn kênh dẫn nguội sang kết cấu khuôn HRM nhiều tầng (stack mold) hoặc khuôn thành mỏng cho các sản phẩm công nghiệp phụ trợ, hướng đến mục tiêu giảm 100% phế liệu cuống nhựa và rút ngắn 20% đến 30% thời gian chu kỳ ép một shot. Kế hoạch thực hiện trong lộ trình 12 tháng bởi ban giám đốc sản xuất các doanh nghiệp ép nhựa.

Thứ tư, mở rộng ngân hàng dữ liệu PVT cho các dòng nhựa kỹ thuật cao: Các viện nghiên cứu, trường đại học kỹ thuật phối hợp cùng doanh nghiệp mở rộng đo đạc trên các vật liệu nhựa kỹ thuật như POM, PBT, PA66 gia cường sợi thủy tinh ở dải áp suất cao đến 200 MPa và nhiệt độ tới 300 độ C. Lộ trình thực hiện từ năm 2024 đến năm 2026, do Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia DCSELAB và các trung tâm nghiên cứu vật liệu đảm trách.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị thực tiễn sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, kỹ sư thiết kế khuôn mẫu và công nghệ ép phun: Nắm vững nguyên lý kết cấu bộ chia nhựa, bạc cuống phun và đầu kim gia nhiệt trong hệ thống HRM; ứng dụng công thức cân bằng khối lượng để tính toán chính xác thể tích kênh dẫn và thiết lập chế độ ép không cuống phun cho sản phẩm thành mỏng.

Thứ hai, chuyên viên phân tích mô phỏng dòng chảy CAE (Moldflow, Moldex3D): Sở hữu phương pháp luận chi tiết để trích xuất, hiệu chỉnh và tự nạp bộ tham số Tait hai miền vào thư viện vật liệu phần mềm, loại bỏ các lỗi sai số giả lập về độ co rút và cong vênh sản phẩm.

Thứ ba, giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Cơ khí chế tạo máy: Tiếp cận tài liệu chuyên khảo chuyên sâu về phương pháp hồi quy phi tuyến Levenberg-Marquardt, kỹ thuật đo nhiệt động học polymer trực tuyến và mô hình hóa quá trình ép phun hiện đại.

Thứ tư, giám đốc điều hành và quản lý chất lượng nhà máy sản xuất nhựa: Áp dụng cơ sở khoa học của biểu đồ PVT vào việc cài đặt chu trình máy ép thực tế, giúp tiết kiệm 15% chi phí nguyên liệu thô, loại bỏ phế phẩm co lõm và nâng cao năng lực cạnh tranh cho sản phẩm xuất khẩu.

Câu hỏi thường gặp

Biểu đồ PVT có ý nghĩa quyết định như thế nào đến chất lượng chi tiết ép phun? Biểu đồ PVT mô tả chính xác sự thay đổi thể tích riêng của hạt nhựa theo nhiệt độ và áp suất nén. Dựa vào đồ thị này, kỹ sư có thể cài đặt chính xác áp suất giữ và thời gian làm nguội, giúp bù đắp lượng thể tích co ngót từ 6% đến 10% trong quá trình đông đặc, triệt tiêu hoàn toàn các vết lõm bề mặt và lỗi nứt vỡ do ứng suất dư.

Tại sao phương pháp đo PVT trực tuyến trong khuôn HRM vượt trội hơn đo bằng máy Gnomix truyền thống? Phương pháp đo trực tuyến tái hiện chuẩn xác điều kiện sản xuất với tốc độ làm nguội cưỡng bức trên 100 độ C mỗi phút và trường ứng suất trượt lớn trong khuôn thực tế. Ngược lại, máy đo phòng thí nghiệm truyền thống chỉ đạt tốc độ làm nguội 3 đến 5 độ C mỗi phút ở trạng thái tĩnh, tạo ra độ lệch thể tích riêng từ 3,5% đến 4,8%.

Phương trình trạng thái Tait hai miền cải tiến gồm những thông số cốt lõi nào? Phương trình Tait hai miền gồm 13 tham số được chia thành hai miền nhiệt độ: trên và dưới nhiệt độ chuyển pha. Mô hình bao gồm 4 hệ số độ nén b1m đến b4m, 5 hệ số phụ thuộc nhiệt độ b5 đến b9, cùng các tham số chuyển pha thể hiện tính chất đặc thù của cấu trúc vô định hình hoặc bán tinh thể của hạt nhựa.

Cách thức tích hợp dữ liệu thực nghiệm từ luận văn vào phần mềm Moldflow như thế nào? Người dùng tạo tệp vật liệu mới trong cơ sở dữ liệu người dùng của Moldflow, chọn mô hình trạng thái 2-Domain Tait Matrix, sau đó nhập 13 tham số thu được từ thuật toán hồi quy phi tuyến trên SPSS. Quá trình này giúp mô hình mô phỏng đọc trực tiếp hàm PVT thực nghiệm thay vì sử dụng dữ liệu mặc định.

Việc ứng dụng hệ thống kênh dẫn nóng kết hợp đồ thị PVT giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí ra sao? Giải pháp giúp loại bỏ hoàn toàn 100% cuống nhựa thải bỏ, cắt giảm 15% đến 20% chi phí điện năng gia nhiệt và nguyên liệu tái sinh. Đồng thời, việc tối ưu hóa chu kỳ ép dựa trên PVT giúp rút ngắn 25% thời gian chu kỳ cho mỗi sản phẩm và giảm tỷ lệ phế phẩm lỗi kích thước xuống dưới 2%.

Kết luận

Công trình nghiên cứu luận văn thạc sĩ đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra thông qua 5 đóng góp học thuật và thực tiễn nổi bật:

• Thiết lập thành công phương pháp và quy trình đo đạc trực tuyến đặc tính nhiệt động PVT của polymer nóng chảy trong khuôn có kênh dẫn nóng HRM trên máy ép CLF-250T.
• Xác định chuẩn xác bộ 13 hệ số của phương trình trạng thái Tait hai miền cải tiến cho hạt nhựa Polypropylene Moplen EP300L bằng thuật toán hồi quy phi tuyến.
• Xây dựng quy trình tích hợp đồng bộ dữ liệu vật liệu thực nghiệm vào phần mềm mô phỏng dòng chảy Moldflow, tạo bước đệm hoàn thiện hệ thống cơ sở dữ liệu vật liệu gia công tại Việt Nam.
• Chứng minh độ ưu việt của dữ liệu thực nghiệm khi nâng cao độ chính xác dự đoán co rút và biến dạng hình học của chi tiết lên trên 96% so với mẫu thực tế.
• Khẳng định tính khả thi và hiệu quả kinh tế vượt trội của công nghệ kênh dẫn nóng HRM trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa kỹ thuật và cắt giảm chi phí sản xuất.

Về định hướng phát triển, đề tài sẽ tiếp tục mở rộng mô hình đo đạc tự động trên các dòng polymer kỹ thuật cao có gia cường sợi và tối ưu hóa hệ thống van kim phun điện tử trong giai đoạn 12 tháng tiếp theo. Kính mời các viện nghiên cứu, doanh nghiệp chế tạo khuôn mẫu và nhà máy ép nhựa liên hệ hợp tác chuyển giao công nghệ để cùng nâng tầm chuỗi giá trị ngành công nghiệp phụ trợ chế tạo máy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHÓ HỖ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---000--- a NGUYEN KHOA TRIEU NGHIEN CUU QUAN HE BIEU DO PVT TRONG KHUON CO KENH DAN NHUA NONG Chuyén nganh: CONG NGHE CHE TAO MAY Mã số ngành: 60 52 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HO CHi MINH, thang 6 nim 2013 GVHD: PGS. Thái Thị Thu Hà Luận văn thạc sĩ Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.

TS Thái Thị Thu Hà Cán bộ chấm nhận xét 1:. TS Trương Tích Thiện Cán bộ chấm nhận xét 2:. TS Phan Đình Huấn Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: I.

Hồ Triết Hưng 2. Luu Thanh Tùng 3. TS Thái Thị Thu Hà. cc ¿c2 122cc vs: 4.

TS Truong Tích Thiện. TS Phan Đình Huấn .- c2 Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG TRƯỞNG KHOA HVTH: Nguyễn Khoa Triều MSHV:1 1040403 GVHD: PGS. Thái Thị Thu Hà Luận văn thạc sĩ ĐẠI HỌC QUÓC GIA TP.

HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRUONG DAI HQC BACH KHOA ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Nguyễn Khoa Triều MSHV: 11040403 Ngay thang nam sinh: 23/03/1981 Noi sinh: Can Tho Chuyén nganh: Céng nghé ché tao may Mã ngành: 60 52 04 I- TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU QUAN HỆ BIÊU ĐÒ PVT TRONG KHUÔN CO KENH DAN NHỰA NÓNG I- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: — Tìm hiểu phương pháp đo và tính toán các thông số áp suất, thê tích riêng, nhiệt độ của polymer từ đó đề nghị một phương pháp thí nghiệm cho polymer nóng chảy trong một khuôn thí nghiệm có kênh dẫn nóng. — Thiét lap các hệ số của phương trình trạng thái thể hiện mối quan hệ giữa các thông số áp suất, thể tích riêng, nhiệt độ của polymer nóng chảy trong một khuôn thí nghiệm có kênh dẫn nóng bằng phương pháp hồi quy phi tuyến. — Dùng các kết quả ở trên mô phỏng với Moldflow®. — Báo cáo các kết quả đạt được và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

HI- NGÀY GIAO NHIEM VU: 21 - 01 - 2013 IV- NGÀY HOAN THANH NHIEM VU: 21 -06- 2013 v- CAN BO HUONG DAN: PGS.TS Thai Thi Thu Ha Tp. nam 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘMÔN TRUONG KHOA (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) HVTH: Nguyễn Khoa Triều MSHV:1 1040403 GVHD: PGS. Thái Thị Thu Hà Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn chân thành nhất đến PGS. TS Thái Thị Thu Hà và PGS.

TS Đặng Văn Nghìn, là những người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho em thực hiện luận văn này, đã truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho em không chỉ để thực hiện luận văn mà còn cho cuộc sống sau này. Em cũng xin gửi những lời cảm ơn chân thành nhất đến Ban Giám Hiệu nhà trường, các Thay, Cô phòng Đào Tạo Sau Đại Học đã tao nhiều điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình em học tập và thực hiện luận văn tại trường. Và em cũng xin gửi sự biết ơn sâu sắc nhất đến các Thầy, Cô trong Khoa Cơ Khí, trường Đại Học Bách Khoa, TP. HCM, đã tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức, là nền tảng hết sức quan trọng dé em thực hiện luận văn tốt nghiệp.

Trong quá trình thực hiện luận văn “Nghiên cứu quan hệ biểu đồ PVT trong khuôn có kênh dẫn nhựa nóng”, em đã nhận được rất nhiều sự hướng dẫn, giúp đỡ của các Thầy, Cô trong Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia Điều Khiên Số Và Kỹ Thuật Hệ Thống (DCSELAB), em xin thành thật cảm ơn. Đồng thời, em cũng xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong Hội đồng chấm luận văn đã tận tình góp ý, hướng dẫn để em hoàn chỉnh luận văn. Đồng thời, em cũng xin cảm ơn các bạn trong lớp cao học Công nghệ chế tạo máy K201 Iđã nhiệt tình giúp đỡ. Và cuối cùng, không thể thiếu là sự quan tâm của gia đình trong suốt quá trình thực hiện luận văn, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả những người thân yêu nhất.

Kính chúc tất cả quý Thầy, Cô và các bạn ngày càng đạt nhiều thành công, lúc nào cũng dỗi dào sức khỏe. HCM, ngày 21 tháng 6 năm 2013 Nguyễn Khoa Triều HVTH: Nguyễn Khoa Triều MSHV:1 1040403 GVHD: PGS. Thái Thị Thu Hà Luận văn thạc sĩ LOI CAM KET Tôi tên: Nguyễn Khoa Triều Học viên lớp: Cao học Công nghệ chế tạo máy Mã số học viên: 11040403 Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào Tạo Sau Đại Học của trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học có đề tài “Nghiên cứu quan hệ biểu đồ PVT trong khuôn có kênh dẫn nhựa nóng”, dưới sự hướng dẫn của PGS.

TS Thái Thị Thu Hà từ ngày 21/01/2013 đến ngày 21/06/2013. Tôi xin cam kết đây là luận văn cao học do tôi thực hiện. Tôi đã thực hiện luận văn theo đúng quy định của phòng Đào Tạo Sau Đại Học của trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM, dưới sự hướng dẫn của PGS.

TS Thái Thị Thu Hà. Tôi xin chịu trách nhiệm với những lời cam kết trên đây. Nếu có gì sai phạm trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin hoàn toan chịu các hình thức xử lý của phòng Đào Tạo Sau Đại Học và Ban Giám Hiệu trường Đại học Bách Khoa Tp. Hoc vién Nguyễn Khoa Triều HVTH: Nguyễn Khoa Triều MSHV:1 1040403 GVHD: PGS.

Thái Thị Thu Hà Luận văn thạc sĩ TOM TAT LUAN VAN Ngành nhựa nói chung và công nghệ sản xuất sản phẩm nhựa từ kỹ thuật ép phun nói riêng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày. Ép phun là phương pháp thông dụng nhất cho sản xuất hàng loạt các chỉ tiết có hình dáng phức tạp, yêu cầu các kích thước chính xác. Trong phương pháp ép phun thì kỹ thuật dùng kênh dẫn nóng là kỹ thuật mới dùng để sản xuất các sản phẩm có thành mỏng, chiều sâu sản phẩm lớn, làm tăng độ chính xác của sản phâm nhựa, làm giảm tổn thất áp suất. Tuy nhiên, sản phẩm nhựa trong quy trình ép phun nói chung và trong kỹ thuật kênh dẫn nóng nói riêng vẫn có một số lỗi như co rút, biến dạng, vết lõm,.

và tác động cả đến độ chính xác kích thước và độ ôn định của các kích thước về lâu dài. Ở các nước phát triển, vấn đề về chất lượng sản phẩm ép phun đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ năm 1971, mà khởi đầu có thê nói là kỹ sư người Mỹ, Colin Austin (người sở hữu phần mềm phân tích mô phỏng nỗi tiếng trên thế giới hiện nay — Moldflow®). Cho đến cuối thập niên 90 của thé ky 20, có hàng loạt phần mềm mô phỏng phân tích như C-Mold®, Moldex®, Simpoe-Mold®, Masterflow®,. Còn hiện tại ở nước ta, vấn đề này chưa được chú ý đúng mức, chưa có nghiên cứu nào về mối quan hệ PVT và cách thức sử dụng chúng trong mô phỏng quá trình.

Luận văn đã đưa ra một cái nhìn tổng quan về tình hình nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số áp suất, thê tích riêng, nhiệt độ của polymer trong ngành sản xuất các linh kiện nhựa trên thế giới. Từ đó, nghiên cứu các mối quan hệ này trong ép phun dùng kênh dẫn nóng; thiết lập các hệ số của phương trình trạng thái thể hiện mối quan hệ giữa các thông số áp suất, thể tích riêng, nhiệt độ của polymer nóng chảy trong một khuôn thí nghiệm có kênh dẫn nóng bằng phương pháp hồi quy phi tuyến; dùng các kết quả ở trên mô phỏng với Moldflow®. f HVTH: Nguyễn Khoa Triều MSHV:1 1040403 GVHD: PGS. Thái Thị Thu Hà Luận văn thạc sĩ Kết quả luận văn cho thấy công thức được trình bày có thể sử dụng được để tính thể tích riêng của nhựa nóng chảy trong kênh dẫn nóng.

Đồng thời, luận văn cho thấy tầm quan trọng của thê tích riêng nói riêng và phương trình trạng thái nói chung với chất lượng của sản phẩm. Luận văn cũng trình bày được cách thức sử dụng dữ liệu thí nghiệm cho mô phỏng trong Moldflow®, cũng như xử lý số liệu hồi quy phi tuyến làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo. HVTH: Nguyễn Khoa Triều MSHV:1 1040403 GVHD: PGS. Thái Thị Thu Hà Luận văn thạc sĩ ABSTRACT Plastic industry in general and injection molding technology in particular are play an more and more important role in the industry as well as in everyday life.

Injection molding is the most common method for mass production of complex- shaped parts, with requisition of precision dimensions. In the injection method, the technique to use hot runner is a new technique, which is used to produce products with thin-walled, great depth, increasing the accuracy of the plastic products, reduce the pressure loss. However, the plastic products from injection molding process in general and from hot runner technology in particular still has some NGs, such as shrinkage, deformation, dents,. impact on the dimensions and accuracystability in long-term.

In developed countries, the matter of quality of injection molding products were researched by scientists since 1971, but the start was an American engineer, Colin Austin (who owns the most famous analysis and simulation software in today's world - Moldflow®). Until the late 90's of the 20th century, a series of simulation software as C-Mold ®, Moldex ®, Simpoe-Mold ®, Masterflow ®,. At present in our country, this matter has not been given attention, no studies on the PVT relationship and how to use them in the process simulation. This thesis gave out an overview of researchs on the relationship between the parameters of pressure, specific volume, temperature of the polymer in the plastic industry in the world.

Since then, it studied the relationship in injection molding using hot runner; set the coefficients of the equation of state to show the relationship between the parameters of pressure, specific volume, temperature of the molten polymer in experiment mold with a hot-runner system by non-linear regression method; used the above results to make simulation with Moldflow®. h HVTH: Nguyén Khoa Triéu MSHV:11040403 GVHD: PGS. Thái Thị Thu Hà Luận văn thạc sĩ Results showed that the thesis presented formulas can be used to calculate the specific volume of molten plastic in the hot channel. At the same time, the thesis shows the importance of the specific volume in particular and the equation of state in general to the quality of products.

The thesis also shows how the experiment’s data used for simulation in Moldflow®, as well as data processing, non-linear regression as the basis for further research.