Chương 1 TỒNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu,các nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 1.1 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Các nghiên cứu ngoài nước Điều khiển nhiệt độ khuôn là một trong các lĩnh vực được quan tâm trong ngành khuôn mẫu.Qua quá trình nghiên cứu,các kết quả nghiêng cứu sau đã được tập hợp và phân tích: - Đề tài “Development of Gas-Assisted Dynamic Mold Temperature Control System and Its Application for Micro Molding” [1] được thực hiện bởi Shia-Chung Chen, Jen-An Chang, Ying-Chieh Wang, Chun-Feng Yeh. Ưu điểm của nghiên cứu này :gia nhiệt và giải nhiệt từ 600C đến 1000C, 1100C, 1200C và trở về 600C bằng khí có thời gian của 1 chu kỳ ngắn hơn so với dùng nước gia nhiệt và giải nhiệt cho khuôn. - Đề tài “Effect of cooling system on the polymer temperature and solidification during injection molding”[2] được thực hiện bởi Hamdy Hassan, Nicolas Regnier, Cedric Lebot, Cyril Pujos, Guy Defaye.Đề tài nói lên sự ảnh hưởng hệ thống giải nhiệt trong chu kỳ ép phun.Các kết quả mô phỏng nói lên sự thay đổi nhiệt độ khuôn qua các chu kỳ. Hiệu quả của việc làm mát trên các kênh và ảnh hưởng của vị trí của nó trên nhiệt độ phân phối rộng khắp các polymer và các sản phẩm được nghiên cứu.
Kết quả chỉ ra rằng khi làm mát các sản phẩm, hiệu suất làm mát được cải thiện. -Đề tài “Effect of cylcic cooling on power consumption of the injection moulding process”[3] được thực hiện bởi Kelly,Al,Coates,PD,Evans,R.Kết quả đạt được: làm mát bằng nước là phương pháp hiệu quả để kiểm tra nhiệt độ khuôn,thời gian chu kỳ ép phun ngắn nhất, chênh lệch nhiệt độ trên khuôn nhỏ làm mát theo chu kỳ giảm đáng kể so với làm mát liên tục. 1 Luan van Thiết kế và tối ưu hóa các kênh giải nhiệt thích hợp trong khuôn ép phun “Design and optimisation of conformal cooling channels in injection moulding tools” do nhóm tác giả D.Miani thuộc đại học Bournemouth [4]. Mục tiêu chính của nghiên cứu này để thiết kế tối ưu và hiệu quả cho các kênh gia nhiệt và giải nhiệt thích hợp trong khuôn ép phun sử dụng FEA và phân tích truyền nhiệt.Mô hình CAD 3D của thành phần đặc trưng phù hợp với khuôn ép nhựa là thiết kế cốt lõi và các dụng cụ cần thiết để chỉnh sửa các sản phẩm được tạo ra.Đầu tiên xác định vị trí tốt nhất cho các cổng phun nhựa và sau đó các kênh giải nhiệt.Hai thành phần này ảnh hưởng nhiều nhất trong thời gian chu kỳ.Phân tích các mô hình cho thấy rằng những kênh giải nhiệt thích hợp có thời gian chu kỳ giảm đáng kể.2 Các nghiên cứu trong nước Hiện nay, các doanh nghiệp Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực nhựa đã có định hướng về nghiên cứu tối ưu hóa quá trình giải nhiệt cho khuôn phun ép nhằm giải quyết bài toán về chi phí sản xuất trong ngành nhựa.
Trong quá trình tìm hiểu, các doanh nghiệp Việt Nam đang trong quá trình khai thác một số phần mềm chuyên dùng cho mô phỏng quá trình gia công nhựa như: C-Mold, Moldflow, Moldex3D,… Ngoài ra, trong nghiên cứu, đã có một số đề tài tìm hiểu và ứng dụng công cụ CAD – CAM – CAE được thực hiện như sau: Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên Võ Bá Anh Đại (ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM)[5]: “Nghiên cứu phân tích truyền nhiệt cho khuôn ép nhựa để giảm thiểu sự biến dạng của sản phẩm”. Luận văn này đã đề cập đến việc thiết kế - mô phỏng quá trình hoạt động cấp nhiệt và giải nhiệt bằng nước cho tấm khuôn dương vật liệu thép, với sự hỗ trợ của phần mềm CREO Parametric 2.0 và ANSYS CFX. Kết quả đạt được của đề tài là thực hiện thành công bài mô phỏng truyền nhiệt trong khuôn ép nhựa sử dụng hệ thống nước để gia nhiệt và làm nguội lòng khuôn; đánh giá xu hướng và sự biến đổi nhiệt độ trong khuôn; đánh giá sai số và cách hạn 2 Luan van chế sai số khi thực hiện mô phỏng; Mô phỏng truyền nhiệt trong khuôn của một số sản phẩm khác. Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trần Ngọc Rin “Ứng dụng phần mềm Ansys Cfx mô phỏng quá trình truyền nhiệt trong khuôn phun ép nhựa”[6].
Đồ án này đã đề cập đến ảnh hưởng của vật liệu khuôn, lưu lượng dòng chảy, hình dáng và kích thước khuôn, và hình dáng kênh giải nhiệt đến quá trình điều khiển nhiệt độ cho tấm khuôn dương.Mô phỏng quá trình điều khiển nhiệt độ trong khuôn phun ép trên phần mềm ANSYS CFX.2 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, công nghệ ép phun đang là một trong những ngành phát triển nhanh và mạnh không chỉ riêng ở Việt Nam mà còn cả trên thế giới.Nhu cầu thị hiếu người tiêu dùng ngày càng cao,đòi hỏi sản phẩm có tính thẩm mỹ,chất lượng tốt,đa dạng,phong phú.Để làm được điều đó ngành nhựa cần cải tiến cái cũ,tìm ra các giải pháp mới.Hơn thế nữa sản phẩm nhựa đưa ra thị trường có sự cạnh tranh gay gắt về tính năng,chất lượng giá thành giữa các mặt hàng nhựa.Ngoài ra trong công nghệ ép phun thời gian và nguyên liệu là ưu tiên hàng đầu. Với các vấn đề được đặt ra như trên,cũng như được sự tin tưởng và giúp đỡ của giảng viên hướng dẫn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nên tác giả thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu khuôn đến quá trình giải nhiệt cho tấm khuôn dương với hệ thống Baffle”, nhằm mục đích nâng cao chất lượng,giảm giá thành, tiết kiệm nguyên vật liệu cho các sản phẩm nhựa.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 1.1 Ý nghĩa khoa học Qua quá trình nghiên cứu đề tài đã làm rõ được ảnh hưởng của kết cấu khuôn đến quá trình giải nhiệt cho tấm khuôn dương với hệ thống Baffle.Ngoài ra phân bố nhiệt tại mặt cắt khuôn A-A cũng được làm rõ và so sánh với nhiều giá trị thông số khuôn khác nhau.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu giúp xác định được nhiệt độ tại cuối quá trình giải nhiệt cho tấm khuôn dương với hệ thống Baffle. Kết quả nghiên cứu còn nêu lên ảnh hưởng của các thông số như chiều cao khuôn, bề dày khuôn, góc khuôn đến quá trình giải nhiệt cho tấm khuôn dương với hệ thống Baffle.4 Mục đích nghiên cứu Mục đích chung : Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu, hình dáng và kích thước khuôn đến quá trình giải nhiệt cho tấm khuôn dương với hệ thống baffle.
Mục đích cụ thể: Thiết kế tấm khuôn dương với hệ thống baffle. Mô phỏng quá trình điều khiển nhiệt độ tấm khuôn dương với hệ thống baffle trên phần mềm ANSYSWorkbench 14.0, vật liệu là thép,nhôm,đồng. Gia công hoàn chỉnh 2 bộ khuôn với hai vật liệu là thép và nhôm. Thí nghiệm,đánh giá quá trình giải nhiệt tấm khuôn đã gia công.5 Đối tượng nghiên cứu Tấm khuôn dương với hệ thống baffle.
Mô phỏng quá trình giải nhiệt cho tấm khuôn dương với hệ thống baffle.Nhằm hổ trợ phục vụ sản xuất tại các nhà máy chuyên sản xuất các sản phẩm nhựa được thuận lợi và dễ dàng hơn.6 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phân tích mô phỏng quá trình gia nhiệt và giải nhiệt tấm khuôn dương với hệ thống Baffle với các vật liệu là thép,nhôm,đồng trên modul CFX phần mềm ANSYS 14. Thông số mô phỏng trình gia nhiệt và giải nhiệt tấm khuôn dương với hệ thống Baffle : o Chiều cao tấm khuôn dương h = (10-50 mm) 4 Luan van o Bề dày khuôn t = ( 1-5 mm) o Góc khuôn α = ( 91-950 ) Gia công tấm khuôn dương với hệ thống Baffle có kích thước tối ưu nhất với vật liệu là thép CT3 và nhôm. Tiến hành thí nghiệm, đo đạt nhiệt độ bề mặt khuôn so sánh với kết quả phân tích trên ANSYS14.7 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Công nghệ ép phun Quá trình truyền nhiệt Xử lý số liệu thực nghiệm 1.2 Phương pháp thực nghiệm : Thí nghiệm thực tế, đo nhiệt độ tấm khuôn dương với hệ thống Baffle. Thu thập kết quả và xử lý số liệu thí nghiệm.8 Kết cấu của luận văn Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Mô phỏng phân bố nhiệt độ trong tấm khuôn dương với hệ thống Baffle. Chương 4: Thí nghiệm quá trình giải nhiệt tấm khuôn dương với hệ thống Baffle. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.
5 Luan van Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về khuôn ép nhựa [7,8] 2. Khái niệm chung về khuôn Khuôn là cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau để tạo thành một bộ khuôn hoàn chỉnh. Sản phẩm được tạo hình giữa 2 phần khuôn, khoảng trống giữa 2 phần đó là hình dạng của sản phẩm cần tạo.
Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình. Khuôn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần cũng có thể là nhiều lần. Khuôn bao gồm hai chính: - Phần cavity (khuôn cái, khuôn cố định): được gá lên tấm cố định của máy ép nhựa. - Phần core (khuôn đực, khuôn di động): được gá lên tấm di động của máy ép nhựa.
Khuôn âm và khuôn dương ở trạng thái đóng. Kết cấu chung 1 bộ khuôn Ngoài core và cavity thì trong khuôn còn rất nhiều bộ phận khác. Các bộ phận này lắp ghép với nhau tạo thành những hệ thống cơ bản của bộ khuôn 6 Luan van Hình 2. Kết cấu của bộ khuôn.
Chức năng của các yếu tố cơ bản: 1. Vít lục giác: liên kết các tấm khuôn và tạo tính thẩm mỹ. Vòng định vị: định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun. Bạc cuống phun: dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa.
Khuôn cái: tạo hình cho sản phẩm. Bạc định vị: đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái. Tấm kẹp trước: giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép nhựa. Vỏ khuôn cái và khuôn đực: khuôn đực thường được dùng làm bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với khuôn cái nên giúp giảm giá thành khuôn nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế của khuôn.
Chốt hồi: hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi đóng khuôn. Khuôn đực: tạo hình cho sản phẩm. Chốt định vị: chui vào bạc định vị khi khuôn đóng, giúp khuôn đực và khuôn cái liên kết một cách chính xác. 12 Tấm đỡ: tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun.
13 Gối đỡ: tạo khoảng trống để tấm đẩy hoạt động. 14 Tấm giữ: giữ các chốt đẩy. 15 Tấm đẩy: đẩy các chốt đẩy để lói sản phẩm ra khỏi khuôn.