CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay với sự phát triển không ngừng của công nghệ và sản xuất, ngành công nghiệp khuôn ép nhựa không chỉ đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất nhựa mà còn là một phần quan trọng không thể thiếu của nền công nghiệp sản xuất toàn cầu. Sản phẩm từ ngành công nghiệp này đa dạng và có tính ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày lẫn các ngành công nghiệp khác nhau, từ đồ gia dụng, phương tiện di chuyển cho đến các thiết bị y tế. Hệ thống làm mát trong khuôn ép nhựa là một phần không thể thiếu trong quá trình thiết kế khuôn ép vì nó đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định chất lượng của sản phẩm sau quá trình gia công. Một hệ thống làm mát tốt sẽ giúp doanh nghiệp rút ngắn thời gian đúc nhựa, nhờ đó năng suất lao động sẽ được cải thiện.
Hiện nay các phương pháp giải nhiệt cho khuôn phun ép chủ yếu có hình trụ thẳng, được gia công bằng phương pháp khoan sâu. Do đó các kênh giải nhiệt này chỉ có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất các sản phẩm có chất lượng thông thường. Ngoài ra phương pháp giải nhiệt này còn thường xuất hiện một số lỗi như: cong vênh, không điền đầy, chất lượng bề mặt thấp…. Để giải quyết những vấn đề trên, nhóm đã ứng dụng phương pháp làm mát “Cooling layer” để giúp cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm nhựa, ngoài ra phương pháp này còn giúp tăng hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.
“Cooling layer” là một hệ thống làm mát được thiết kế để dẫn nước thẳng vào lòng khuôn. Nước làm mát được tuần hoàn qua lòng khuôn giúp hạ nhiệt trực tiếp dưới tấm insert ép sản phẩm. Quá trình này giúp duy trì nhiệt độ khuôn ở mức độ ổn định, giảm thiểu thời gian cần để sản phẩm đông đặc và tăng tốc độ sản xuất. Nhằm bảo đảm chất lượng cũng như hiệu suất của sản phẩm cuối cùng, trong quá trình thực nghiệm đồ án tốt nghiệp lần này, nhóm em đã thực hiện “Nghiên cứu ảnh hưởng của Cooling layer đến độ bền kéo của mẫu thử được chế tạo bằng phương pháp phun ép nhựa” nhằm đưa ra những đánh giá cũng như xác định điều kiện ép lý tưởng nhất để đảm bảo sản phẩm đáp ứng được những yêu cầu về độ bền và chất lượng.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu này giúp hiểu rõ hơn về quá trình đông đặc của nhựa trong khuôn khi làm mát.
Việc kiểm soát nhiệt độ và tốc độ làm mát ảnh hưởng lớn đến cấu trúc vi mô và cơ tính của sản phẩm cuối cùng. Qua đó phát triển các mô hình dự đoán độ bền kéo của sản phẩm nhựa, hỗ trợ cho việc tối ưu hóa quá trình sản xuất. 1 - Ý nghĩa thực tiễn: + Kiểm soát tốt quá trình làm mát có thể dẫn đến việc sản xuất ra các sản phẩm nhựa có độ bền kéo cao hơn, đảm bảo chất lượng và độ bền lâu dài. Giảm khuyết tật như co ngót, nứt gãy hoặc biến dạng, nâng cao tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn.
+ Một quy trình làm mát hiệu quả có thể giảm thời gian chu kỳ sản xuất và tiêu thụ năng lượng, từ đó giảm chi phí sản xuất. Với một quy trình làm mát được tối ưu hóa, nhà sản xuất có thể tăng năng suất mà không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo của mẫu thử nhựa như: nhiệt độ nóng chảy của nhựa, áp suất điền đầy, áp suất định hình, thời gian định hình và nhiệt độ nước gia nhiệt. - Thông qua kết quả nghiên cứu, đề xuất các điều kiện làm mát tối ưu cho quá trình phun ép nhựa.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu - Dùng phương pháp “Taguchi” để tạo bảng số liệu các trường hợp thực nghiệm ép sản phẩm. - Dùng phương pháp “ANN” để dự đoán độ bền kéo của sản phẩm mà không cần phải thực hiện quy trình ép nhựa.
- Máy ép nhựa “Haitian MA1200 III” để tạo ra các mẫu thử nhựa được chế tạo bằng phương pháp phun ép với các các trường hợp thực nghiệm đã tạo bằng phương pháp Taguchi, sản phẩm ép được sử dụng để kiểm tra và đánh giá độ bền kéo. - Vật liệu nhựa sử dụng trong quá trình phun ép: Nhựa ABS. - Thông số ép: Áp suất điền đầy, áp suất định hình, thời gian định hình, nhiệt độ nước, nhiệt độ nóng chảy. - Máy kiểm nghiệm độ bền kéo uốn.2 Phạm vi nghiên cứu - Các thông số ép ảnh hưởng đến độ bền kéo của mẫu thử.
- Sử dụng các kỹ thuật phun ép nhựa tiêu chuẩn và thiết bị đo độ bền kéo để thu thập dữ liệu. - Sử dụng phương pháp “Taguchi” và “ANN” để tìm ra những thông số tối ưu nhất.5 Phương pháp nghiên cứu 2 1.1 Cơ sở phương pháp luận - Nghiên cứu quá trình làm mát để xác định ảnh hưởng của quá trình làm mát đến độ bền kéo của nhựa. - Nghiên cứu tính chất cơ học của các loại nhựa trong những điều kiện làm mát khác nhau. - Sử dụng các phần mềm mô phỏng để xác định các thông số tối ưu.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể - Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng các thiết bị đo lường chuyên dụng để kiểm tra kích thước mẫu ép, từ đó tính toán độ bền kéo của mẫu thử.
- Phương pháp tham khảo tài liệu: Đọc các tài liệu kỹ thuật liên quan đến đề tài, tham khảo ý kiến từ giáo viên hướng dẫn. - Phương pháp phân tích và xử lý dữ liệu: Sử dụng phương pháp “Tagachi” và “ANN” để xác định những thông số tối ưu nhất. - Phương pháp so sánh: Chế tạo mẫu theo thông số tối ưu và so sánh chúng với các mẫu theo thông số trước đó.6 Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp ĐATN bao gồm 6 chương, trong đó: - CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU - CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI - CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM TAGUCHI VÀ KIỂM NGHIỆM ĐỘ BỀN MẪU KÉO - CHƯƠNG 5: DỰ ĐOÁN ĐỘ BỀN KÉO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ANN - CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Kết cấu của bộ khuôn Hình 2.1: Mô hình khuôn sau khi thiết kế Hình 2.2: Mô hình phân rã của khuôn 4 Chú thích: (1) Vòng định vị, (2) Bạc cuống phun, (3) Tấm kẹp trên, (4) Khuôn âm, (5) Tấm Insert, (6) Ron cao su, (7) Khuôn dương, (8) Tấm đẩy trên, (9) Gối đỡ, (10) Tấm đẩy dưới, (11) Tấm kẹp trên, (12) Bulong M12x90 mm, (13) Bulong M6x10mm, (14) Bulong M12x35mm, (15) Bạc dẫn hướng, (16) Ống nối khí nén, (17) Bulong vòng M10, (18) Bulong M5x10mm, (19) Chốt dẫn hướng, (20) Lò xo, (21) Chốt dẫn hướng lò xo, (22) Bulong M8x16mm, (23) Chốt dựt đuôi keo, (24) Chốt đẩy.2 Đánh giá chung về hệ thống làm mát thông thường a) Giới thiệu Kênh làm mát thường được thiết kế theo các đường thẳng hoặc hình xoắn ốc được bố trí một cách đơn giản để làm mát toàn bộ khuôn. b) Phương pháp gia công Phương pháp gia công hệ thống làm mát thường dễ dàng thực hiện và có chi phí thấp như khoan, phay và tiện.
c) Hiệu quả làm mát Vì thiết kế đơn giản nên nhiệt độ có thể không được phân bố đồng đều trong toàn bộ khuôn, dẫn đến các vùng nóng và lạnh khác nhau. Điều này có thể gây ra các vấn đề như co rút, biến dạng hoặc chất lượng sản phẩm không đồng đều. d) Tuổi thọ Do sự phân bố nhiệt độ không đồng đều nên có thể gây ra hao mòn không đều, giảm tuổi thọ khuôn.3 Đánh giá chung về hệ thống làm mát “Cooling layer” 2.1 Giới thiệu về “Cooling layer” - Cooling layer là hệ thống làm mát được thiết kế để dẫn nước thẳng vào lòng khuôn, từ đó nước làm mát được tuần hoàn qua lòng khuôn giúp giải nhiệt trực tiếp dưới tấm insert của các sản phẩm ép. - Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống làm mát cooling layer: + Nhiệt độ và áp suất của chất làm mát.
+ Thiết kế và kích thước của hệ thống làm mát. + Vật liệu của lớp làm mát. + Tốc độ lưu lượng chất làm mát. - Dưới đây là hình ảnh một số bộ phận chính của bộ khuôn: 5 Hình 2.3: Tấm kẹp trên Hình 2.4: Tấm kẹp dưới Hình 2.5: Khuôn âm 6 Hình 2.6: Khuôn dương Hình 2.7: Bi sắt dùng để chặn dòng chảy Hình 2.2 Ưu điểm của hệ thống làm mát “Cooling layer” - Hiệu quả làm mát cao: Các viên bi sắt giúp tăng cường khả năng trao đổi nhiệt, làm mát khuôn nhanh chóng và hiệu quả.
- Phân bố nhiệt đều: Giảm hiện tượng quá nhiệt, giúp cho khuôn có nhiệt độ đồng đều hơn, cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng tuổi thọ của bộ khuôn. - Tối ưu hóa thiết kế: Hệ thống làm mát “Cooling layer” có thể được thiết kế để phù hợp với hình dạng và kích thước cụ thể của khuôn, giúp tối ưu hóa quá trình làm mát.3 Hình ảnh thực tế của bộ khuôn sau khi gia công Hình 2.9: Tấm kẹp trên Hình 2.10: Tấm kẹp dưới 8 Hình 2.11: Khuôn âm Hình 2.12: Khuôn dương Hình 2.13: Tấm insert 9 Hình 2.14: Một số chi tiết khác của bộ khuôn Hình 2.15: Sản phẩm nhựa sau khi ép Hình 2.16: Bộ khuôn hoàn chỉnh 10 2.4 Tiêu chuẩn của mẫu thử kiểm nghiệm độ bền kéo Kích thước của mẫu thử kiểm nghiệm độ bền kéo được lấy theo tiêu chuẩn ASTM D638 Type V với những kích thước sau: Hình 2.17: Kích thước mẫu thử độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM D638 Type V 2.4 Ảnh hưởng của độ bền kéo đến chất lượng của sản phẩm nhựa a) Khả năng chịu tải Độ bền kéo cho biết mức độ mà sản phẩm có thể chịu được lực kéo trước khi bị đứt. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm phải chịu lực căng trong quá trình sử dụng, như ống dẫn nước hay một số bộ phận của ô tô. b) Mức độ an toàn Sản phẩm có độ bền kéo cao thường có độ tin cậy và độ ổn định cao hơn trong quá trình sử dụng.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu sự ổn định và đáng tin cậy, như các dụng cụ và thiết bị trong ngành y tế. c) Độ bền và tính thẩm mỹ Độ bền kéo cũng ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của sản phẩm.