Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn, nâng cao hiệu suất sản xuất.

• Tác giả: Nguyễn Ánh Vân Hà
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Hiếu Giang
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Module Gia Nhiệt Cho Khuôn Ép Nhựa Bằng Khí Nóng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN HƯỚNG NGHIÊN CỨU
• 1.2. Các đề tài nghiên cứu trong nước
• 1.3. Các đề tài nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN
• 1.5.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.6. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU, KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.6.1. Mục đích nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. CÔNG NGHỆ ÉP PHUN
• 2.1.1. Giới thiệu công nghệ ép phun
• 2.1.2. Các phương thức trao đổi nhiệt
• 2.1.3. Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng
• 2.2. PHẦN MỀM ANSYS
• 2.2.1. Giới thiệu chung về phần mềm Ansys
• 2.2.2. Giới thiệu về phần mềm ANSYS – Module CFX
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM
• 3.1. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
• 3.2. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
• 3.3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN
• 3.3.1. Mạch điện điều khiển xy-lanh khí nén
• 3.3.2. Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống
• 3.4. CHẾ TẠO MODULE GIA NHIỆT VÀ TAY MÁY 1 BẬC TỰ DO
• 3.4.1. Khối gia nhiệt
• 3.4.2. Hình ảnh thực tế quá trình chế tạo module gia nhiệt
• 4. CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 4.1. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
• 4.2. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 4.2.1. Kết quả so sánh nhiệt độ mô phỏng và thực nghiệm
• 4.2.2. Đánh giá, kết quả
• 4.3. ỨNG DỤNG TAY MÁY GIA NHIỆT CHO CÁC NGHIÊN CỨU VỀ GIA NHIỆT CHO KHUÔN BẰNG KHÍ NÓNG
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về module gia nhiệt

Module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa là một phần quan trọng trong quy trình sản xuất nhựa. Module gia nhiệt này sử dụng khí nóng để gia nhiệt bề mặt khuôn, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thời gian sản xuất. Việc nghiên cứu và chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu chi phí. Theo nghiên cứu, việc gia nhiệt khuôn bằng khí nóng có thể đạt được nhiệt độ yêu cầu trong thời gian ngắn, từ đó cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt sản phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất nhựa, nơi mà yêu cầu về chất lượng và thẩm mỹ ngày càng cao.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nhu cầu sử dụng sản phẩm nhựa ngày càng tăng cao, đòi hỏi các doanh nghiệp phải cải tiến công nghệ sản xuất. Việc gia nhiệt cho khuôn ép nhựa là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này nhằm tìm ra phương pháp gia nhiệt tối ưu, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Gia nhiệt khuôn bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn là một giải pháp hứa hẹn, giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm nhựa. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc gia nhiệt hiệu quả có thể giảm thiểu các lỗi trong quá trình sản xuất, từ đó nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm nhựa Việt Nam trên thị trường quốc tế.

II. Công nghệ ép nhựa và phương pháp gia nhiệt

Công nghệ ép nhựa là một trong những phương pháp sản xuất phổ biến nhất hiện nay. Trong quy trình này, việc kiểm soát nhiệt độ khuôn là rất quan trọng. Công nghệ ép nhựa yêu cầu khuôn phải được gia nhiệt đồng đều để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi, cho phép gia nhiệt nhanh chóng và hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng khí nóng để gia nhiệt khuôn có thể cải thiện đáng kể quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn, từ đó nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm. Các phương pháp gia nhiệt khác như gia nhiệt bằng hơi nước hay tia hồng ngoại cũng đã được nghiên cứu, nhưng không đạt được hiệu quả cao như phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng.

2.1. Phân tích các phương pháp gia nhiệt

Các phương pháp gia nhiệt cho khuôn ép nhựa hiện nay bao gồm gia nhiệt bằng hơi nước, tia hồng ngoại và khí nóng. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Gia nhiệt bằng hơi nước có thể đạt được tốc độ gia nhiệt từ 1oC/s đến 3oC/s, nhưng không hiệu quả trong việc kiểm soát nhiệt độ khuôn. Trong khi đó, gia nhiệt bằng khí nóng cho phép tăng nhiệt độ bề mặt khuôn nhanh chóng, từ 60oC đến 120oC trong thời gian ngắn. Điều này giúp cải thiện quá trình điền đầy nhựa và giảm thiểu thời gian chu kỳ sản xuất. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng module gia nhiệt bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn có thể mang lại hiệu quả cao hơn so với các phương pháp truyền thống.

III. Thiết kế và chế tạo module gia nhiệt

Quá trình thiết kế và chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa là một bước quan trọng trong nghiên cứu này. Module gia nhiệt được thiết kế để tối ưu hóa khả năng truyền nhiệt và đảm bảo hiệu suất gia nhiệt cao. Việc sử dụng phần mềm Ansys trong quá trình mô phỏng giúp xác định các thông số kỹ thuật cần thiết cho module gia nhiệt. Sau khi hoàn thành thiết kế, quá trình gia công và lắp ráp module gia nhiệt sẽ được thực hiện để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình hoạt động. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng module gia nhiệt này có khả năng duy trì nhiệt độ ổn định, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa.

3.1. Quy trình chế tạo module

Quy trình chế tạo module gia nhiệt bao gồm nhiều bước, từ thiết kế đến gia công và lắp ráp. Đầu tiên, các thông số kỹ thuật sẽ được xác định dựa trên yêu cầu thực tế và mô phỏng trên phần mềm Ansys. Sau đó, các linh kiện sẽ được gia công chính xác để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả trong quá trình hoạt động. Cuối cùng, module gia nhiệt sẽ được lắp ráp và kiểm tra để đảm bảo rằng nó hoạt động đúng theo thiết kế. Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng module gia nhiệt này có khả năng gia nhiệt nhanh chóng và hiệu quả, giúp cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm nhựa.

IV. Đánh giá kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp sản xuất nhựa. Việc áp dụng module gia nhiệt này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu thời gian sản xuất. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng nhiệt độ khuôn có thể được kiểm soát chính xác, từ đó cải thiện quá trình điền đầy nhựa và giảm thiểu các lỗi sản phẩm. Điều này có ý nghĩa lớn đối với các doanh nghiệp sản xuất nhựa, giúp họ nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất

Việc áp dụng module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn có thể được triển khai rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất nhựa. Các doanh nghiệp có thể sử dụng công nghệ này để cải thiện quy trình sản xuất, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại ứng dụng thực tiễn cao, giúp các doanh nghiệp sản xuất nhựa tại Việt Nam có thể cạnh tranh tốt hơn trên thị trường quốc tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam ngày càng phát triển, nhu cầu về chất lượng và tính thẩm mỹ của sản phẩm cũng tăng cao. Theo báo cáo của ngành, thị trường sản phẩm nhựa trong nước có tốc độ tăng trưởng ổn định, đòi hỏi các doanh nghiệp phải nâng cao năng lực sản xuất và cải tiến công nghệ. Khuôn ép nhựa là bộ phận quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm, tuy nhiên, quá trình gia nhiệt và giải nhiệt khuôn vẫn còn nhiều hạn chế, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu suất sản xuất.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn, nhằm giảm thời gian gia nhiệt, nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian một năm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tập trung vào việc thiết kế, mô phỏng, chế tạo và thử nghiệm module gia nhiệt. Ý nghĩa của đề tài thể hiện rõ qua việc cải thiện hiệu quả truyền nhiệt, rút ngắn chu kỳ phun ép và nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm nhựa Việt Nam trên thị trường trong nước và quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết truyền nhiệt cơ bản gồm:

• Dẫn nhiệt: Quá trình truyền nhiệt qua vật rắn dựa trên định luật Fourier, trong đó nhiệt lượng truyền qua bề mặt tỉ lệ thuận với gradient nhiệt độ và thời gian. Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu như thép C45 và nhôm 6061 được sử dụng để mô phỏng quá trình truyền nhiệt trong khuôn.

• Trao đổi nhiệt đối lưu: Quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt khuôn và dòng khí nóng được phân loại thành đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức. Trong nghiên cứu, đối lưu cưỡng bức được áp dụng khi khí nóng được phun từ module gia nhiệt với áp suất khí nén từ 3 đến 6 Pa.

• Truyền nhiệt bức xạ: Ảnh hưởng của bức xạ nhiệt hồng ngoại được xem xét trong quá trình gia nhiệt, đặc biệt khi nhiệt độ bề mặt khuôn vượt quá 100°C.

Ngoài ra, phần mềm mô phỏng ANSYS CFX được sử dụng để phân tích dòng chảy khí và truyền nhiệt, giúp xác định hiệu quả của module gia nhiệt trong các điều kiện khác nhau.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp lý thuyết và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các tài liệu chuyên ngành về công nghệ ép phun, truyền nhiệt, và các nghiên cứu trước đây về gia nhiệt khuôn. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quá trình thử nghiệm module gia nhiệt trên máy ép nhựa SW – 120B SHINE WELL.

• Phương pháp phân tích: Mô phỏng truyền nhiệt và dòng khí nóng bằng phần mềm ANSYS CFX với các trường hợp chiều dày tấm insert từ 0.5 mm đến 2 mm, nhiệt độ khối gia nhiệt 350°C, thời gian gia nhiệt từ 1 đến 20 giây. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để đánh giá độ chính xác.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài khoảng 1 năm, bao gồm các giai đoạn: khảo sát lý thuyết, thiết kế module, mô phỏng trên phần mềm, chế tạo module và tay máy, tiến hành thí nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả gia nhiệt bằng khí nóng: Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ bề mặt khuôn sau 20 giây gia nhiệt bằng khí nóng đạt từ 126°C đến 196°C tùy vị trí đo, cao hơn so với mô phỏng trên ANSYS (khoảng 110°C đến 180°C). Sự chênh lệch này phản ánh tính thực tiễn của phương pháp gia nhiệt khí nóng trong điều kiện vận hành thực tế.

2. Ảnh hưởng của chiều dày tấm insert: Khi chiều dày tấm insert tăng từ 0.5 mm lên 2 mm, nhiệt độ bề mặt khuôn giảm khoảng 15-20%, cho thấy chiều dày vật liệu ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ và hiệu quả truyền nhiệt.

3. Tốc độ gia nhiệt nhanh: Phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn đạt nhiệt độ mong muốn trong vòng 20 giây, nhanh hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống như gia nhiệt bằng hơi nước hay tia hồng ngoại.

4. Khả năng ứng dụng trong quy trình phun ép: Module gia nhiệt và tay máy 1 bậc tự do hoạt động ổn định, có thể tích hợp vào máy ép nhựa hiện có, giúp nâng cao độ bền kéo sản phẩm, giảm hiện tượng làm mờ đường hàn và cải thiện chiều dài dòng chảy nhựa.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiệu quả gia nhiệt cao là do khí nóng được nung đến 350°C và phun trực tiếp vào bề mặt khuôn, tận dụng tối đa truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức. So với các nghiên cứu trước đây về gia nhiệt bằng hơi nước hay tia hồng ngoại, phương pháp khí nóng cho phép gia nhiệt nhanh hơn và kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn.

Sự giảm nhiệt độ bề mặt khuôn khi tăng chiều dày tấm insert phù hợp với lý thuyết truyền nhiệt, do vật liệu dày hơn làm tăng trở kháng nhiệt. Kết quả này cũng tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về ảnh hưởng của vật liệu và kích thước đến quá trình gia nhiệt khuôn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh nhiệt độ thực nghiệm và mô phỏng tại các vị trí đo trên bề mặt khuôn, cũng như bảng tổng hợp nhiệt độ cuối quá trình gia nhiệt theo từng chiều dày tấm insert. Điều này giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và giới hạn của phương pháp gia nhiệt khí nóng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng module gia nhiệt khí nóng trong sản xuất: Các doanh nghiệp sản xuất nhựa nên áp dụng module gia nhiệt khí nóng để rút ngắn thời gian gia nhiệt khuôn, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Thời gian thực hiện đề xuất này là trong vòng 6 tháng, do bộ phận kỹ thuật và sản xuất phối hợp thực hiện.

2. Nâng cấp hệ thống điều khiển tự động cho module gia nhiệt: Tích hợp hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động và cảm biến nhiệt độ chính xác để đảm bảo nhiệt độ bề mặt khuôn luôn ổn định, giảm thiểu sai số và tăng hiệu quả gia nhiệt. Thời gian thực hiện dự kiến 3-4 tháng, do phòng R&D và kỹ thuật điện đảm nhiệm.

3. Đào tạo kỹ thuật viên vận hành và bảo trì module gia nhiệt: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành, bảo trì và khắc phục sự cố module gia nhiệt khí nóng cho đội ngũ kỹ thuật viên nhằm đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả. Thời gian đào tạo trong 2 tháng, do phòng nhân sự và đào tạo phối hợp.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng module gia nhiệt cho các loại khuôn phức tạp: Tiếp tục nghiên cứu và phát triển module gia nhiệt phù hợp với các khuôn có bề mặt phức tạp hoặc kích thước lớn hơn, nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng trong ngành công nghiệp nhựa. Thời gian nghiên cứu dự kiến 1 năm, do nhóm nghiên cứu và đối tác công nghiệp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp sản xuất nhựa: Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí gia nhiệt khuôn.

2. Các viện nghiên cứu và trường đại học: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu về công nghệ gia nhiệt, truyền nhiệt và thiết kế khuôn ép nhựa.

3. Kỹ sư thiết kế khuôn và kỹ thuật viên vận hành máy ép nhựa: Nắm bắt kiến thức về phương pháp gia nhiệt khí nóng, thiết kế module gia nhiệt và vận hành hệ thống điều khiển để nâng cao hiệu quả công việc.

4. Nhà quản lý và hoạch định chính sách công nghiệp: Tham khảo để xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ sản xuất nhựa tiên tiến, thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong ngành.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Phương pháp này có tốc độ gia nhiệt nhanh, có thể đạt nhiệt độ bề mặt khuôn từ 60°C đến 120°C trong vòng 2 giây, giúp rút ngắn chu kỳ phun ép và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ví dụ, trong thí nghiệm, nhiệt độ bề mặt khuôn đạt 196°C sau 20 giây gia nhiệt.

2. Module gia nhiệt khí nóng có thể tích hợp với các máy ép nhựa hiện có không?
   Có, module được thiết kế với khung và cơ cấu truyền động linh hoạt, có thể lắp đặt trên máy ép nhựa SW – 120B SHINE WELL mà không cần thay đổi kết cấu khuôn hiện tại.

3. Chiều dày tấm insert ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả gia nhiệt?
   Chiều dày tăng làm giảm nhiệt độ bề mặt khuôn do tăng trở kháng nhiệt. Thí nghiệm cho thấy khi chiều dày tăng từ 0.5 mm lên 2 mm, nhiệt độ bề mặt giảm khoảng 15-20%.

4. Phần mềm ANSYS CFX được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   ANSYS CFX được dùng để mô phỏng dòng khí và truyền nhiệt trong module gia nhiệt, giúp dự đoán nhiệt độ bề mặt khuôn và tối ưu thiết kế module trước khi chế tạo thực tế.

5. Có những hạn chế nào của phương pháp gia nhiệt khí nóng?
   Phương pháp yêu cầu áp suất khí nén ổn định và có thể gây tiếng ồn trong quá trình vận hành. Ngoài ra, module cần di chuyển nhanh và chính xác để không làm gián đoạn chu kỳ phun ép.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công module gia nhiệt bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn, với khả năng gia nhiệt nhanh và hiệu quả cao.
• Kết quả mô phỏng trên phần mềm ANSYS CFX phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, chứng minh tính khả thi của phương pháp.
• Phương pháp gia nhiệt khí nóng giúp nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm, giảm hiện tượng làm mờ đường hàn và tăng chiều dài dòng chảy nhựa.
• Module gia nhiệt và tay máy 1 bậc tự do có thể tích hợp dễ dàng vào máy ép nhựa hiện có, hỗ trợ tự động hóa quy trình sản xuất.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng và nâng cấp hệ thống điều khiển để tối ưu hóa hiệu quả gia nhiệt trong sản xuất nhựa.

Hành động tiếp theo là triển khai ứng dụng module gia nhiệt trong sản xuất thực tế và đào tạo nhân sự vận hành, nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp nhựa Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN HƯỚNG NGHIÊN CỨU Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng các sản phẩm nhựa đang rất cao, doanh số thị trường ngày càng cao đòi hỏi năng lực sản xuất phải luôn được nâng cao và cải tiến để đáp ứng nhu cầu. Bên cạnh đó, khách hàng không chỉ chú ý đến chất lượng mà ngày càng quan tâm đặc biệt đến vấn đề kiểu dáng, thẩm mỹ, thời trang. Vì vậy, nhu cầu về khuôn ép nhựa ngày càng cao, trong khi những công ty thiết kế, sản xuất khuôn ép nhựa còn rất ít, đội ngũ kỹ sư thiết kế có tay nghề cao, chuyên sâu còn rất thiếu.

Về lĩnh vực công nghệ này ở Việt Nam nói chung, khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng còn khá mới, có rất ít trường đào tạo chuyên sâu về lĩnh vực này.1: Các sản phẩm nhựa Khuôn ép nhựa là cụm chi tiết chính để sản xuất ra các sản phẩm nhựa. Do đó việc thiết kế, chế tạo khuôn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, chính xác để tạo ra các sản phẩm nhựa có chất lượng luôn được đặt lên hàng đầu. Vấn đề đặt ra ở đây là mặc dù có khuôn tốt, chất lượng, yêu cầu kỹ thuật đảm bảo, nhưng sản phẩm sau khi ép vẫn xảy ra các lỗi hư hỏng, một trong những nguyên nhân là việc gia nhiệt, 1 Luan van giải nhiệt cho khuôn. Đây là một quá trình rất phức tạp, ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng sản phẩm ép và hiện đang nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu.

Để giải quyết những vấn đề tồn tại này, một số nghiên cứu trong và ngoài nước đã được tiến hành theo các hướng trình bày dưới đây. Các đề tài 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 tiến hành như sau: - Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên LÊ MINH TRÍ (ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM): “Tối ưu hóa giải nhiệt khuôn ép phun”. Luận văn này đã đề cập đến cơ sở của việc thiết kế hệ thống giải nhiệt của khuôn ép phun dựa trên lý thuyết truyền nhiệt, ứng dụng phương pháp này để tính toán hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm là một tấm mỏng, sau đó sử dụng phần mềm Moldflow để mô phỏng, kiểm tra kết quả.

Tuy nhiên, nội dung đề tài này chưa đưa ra được phương pháp tối ưu cho việc thiết kế hệ thống giải nhiệt, và việc tính toán, mô phỏng chỉ dừng lại ở một chi tiết quá đơn giản, chưa phù hợp với yêu cầu thực tế. - Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên NGUYỄN VĂN THÀNH (ĐH Bách Khoa TP HCM): “Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD / CAE”. Luận văn này đã đề cập đến lý thuyết truyền nhiệt và ứng dụng nó trong khuôn ép phun, nhằm xác định kích thước và phân bố hệ thống làm nguội, xây dựng được qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD / CAE, áp dụng qui trình này cho sản phẩm là khuôn vỏ bình nước nóng. - Đề tài nghiên cứu khoa học – công nghệ, PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH đã thực hiện đề tài: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE, xác định thông số miệng phun, vùng dồn nén khí, kích thước kênh dẫn nhựa, hệ thống giải nhiệt 2 Luan van hợp lý cho khuôn ép phun nhựa” (thuộc chương trình “Nghiên cứu tự động hóa” của thành phố), thực hiện trong thời gian 9-2003 đến 8-2004, nghiệm thu ngày 30-8- 2004.

Trong đề tài này, tác giả đã sử dụng phần mềm Moldflow nhằm tối ưu hóa hệ thống giải nhiệt cho chi tiết vỏ bình cách nhiệt, cũng như các thông số trong quá trình thiết kế khuôn như: số miệng phun, vùng dồn nén khí, kích thước kênh dẫn nhựa. Kết quả cho thấy công cụ CAE (phần mềm Moldflow có khả năng hỗ trợ khá tốt cho người thiết kế trong quá trình thiết kế khuôn. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả vẫn còn tập trung vào qui trình phun ép thông dụng. Các bước hỗ trợ quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn vẫn chưa được đề cập đến.

Tuy nhiên, đến hiện nay, với các nghiên cứu trong nước, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn chỉ được hiểu và thực hiện theo hướng giải nhiệt cho khuôn, với mục tiêu quan trọng nhất là làm nguội khuôn trong thời gian ngắn nhất. Ngược lại, quá trình gia nhiệt cho khuôn vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Do đó, thực trạng của sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ dừng lại ở nhóm các sản phẩm đơn giản, chất lượng thấp, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng tiêu dùng. Các đề tài nghiên cứu ngoài nước Hiện nay, trong lĩnh vực khuôn phun ép nhựa, điều khiển nhiệt độ khuôn tối ưu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lượng bề mặt khuôn [1, 2].

Nhìn chung, nếu nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cao, quá trình điền đầy nhựa sẽ được dễ dàng hơn, và trong hầu hết các trường hợp, chất lượng bề mặt sản phẩm sẽ được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của các tấm khuôn tăng cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài, và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian, giá thành sản phẩm cũng sẽ gia tăng. Vì vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép là: gia nhiệt cho bề mặt khuôn đến nhiệt độ yêu cầu, nhưng vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép không quá dài. Nhìn chung, dựa vào ảnh hưởng nhiệt độ lên tấm khuôn, quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia làm 2 nhóm chính: gia nhiệt cả tấm khuôn (volume heating) và gia nhiệt cho bề mặt khuôn (surface heating).

Trong nhóm thứ nhất, phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước (steam heating) có thể đạt được tốc độ gia 3 Luan van nhiệt từ 1oC/s đến 3oC/s [3]. Độ gia nhiệt theo phương pháp này không được đánh giá cao và quá trình giải nhiệt cho khuôn cũng sẽ gặp nhiều khó khăn.2: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước (Steam heating) Trong nghiên cứu khác, tốc độ gia nhiệt được cải tiến đáng kể khi phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn được sử dụng. Quá trình điền đầy của nhựa vào lòng khuôn được cải thiện khi bề mặt khuôn được phủ 1 lớp cách nhiệt. Phương pháp này có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25oC [4, 5].

Sau đó, hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại (infrared heating), hình 1.3, được nghiên cứu và ứng dụng cho khuôn phun ép nhựa [6, 7].3: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại (infrared heating system) 4 Luan van Ngoài ra, nhằm đáp ứng yêu cầu gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) đã được nghiên cứu và đánh giá [8, 9]. Với phương pháp này, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể được tăng từ 60oC đến 120oC trong thời gian 2 s. Tuy nhiên, quá trình gia nhiệt này sẽ đạt tới trạng thái bảo hòa khi thời gian gia nhiệt kéo dài hơn 4 s. Ưu điểm của phương pháp “gas heating” là tốc độ gia nhiệt rất nhanh, và thời gian chu kỳ của sản phẩm sẽ được rút ngắn.

Tuy nhiên, thiết kế của khuôn phun ép (Hình 1.4) cần được thực hiện lại nhằm tích hợp hệ thống gia nhiệt vào.4: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas heating) Tương tự với các phương pháp gia nhiệt bề mặt (surface heating), phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (induction heating) đã được ứng dụng nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đường hàn (welding line), cũng như các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa.5: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ (Induction heating) Trong các nghiên cứu mới đây, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được kết hợp với lưu chất giải nhiệt nhằm điều khiển nhiệt độ khuôn. Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác như: 5 Luan van - Tốc độ gia nhiệt nhanh - Thời gian gia nhiệt có thể kéo dài đến 20s - Có thể ứng dụng cho khuôn phun ép như một module đính kèm, nghĩa là không cần thay đổi kết cấu khuôn có sẵn - Tay máy mang bộ phận gia nhiệt cần di chuyển nhanh và chính xác. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Từ các phân tích trên, ta thấy hiện nay ở nước ngoài cũng như ở Việt Nam việc gia nhiệt cho khuôn trong quá trình sản xuất chế tạo sản phẩm nhựa luôn được quan tâm nghiên cứu. Việc gia nhiệt về nguyên tắc có nhiều phương pháp nhưng cho đến nay phương pháp tối ưu phù hợp với điều kiện sản xuất sản phẩm nhựa ở Việt Nam vẫn chưa được chỉ ra.

Nếu có được phương pháp gia nhiệt tối ưu, chất lượng sản phẩm nhựa được nâng cao, chi phí sản xuất giảm sẽ làm tăng tính cạnh tranh của sản phẩm nhựa Việt Nam trên thị trường trong nước và quốc tế, đặc biệt là khu vực ASEAN. Nghiên cứu gia nhiệt cho khuôn ép bằng khí nóng trong quá trình ép là một hướng nghiên cứu nhận được sự quan tâm. Đề tài nghiên cứu chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn là một nhánh trong hướng nghiên cứu này, có ý nghĩa lớn đối với các doanh nghiệp sản xuất sản phẩm nhựa. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ giúp các doanh nghiệp đưa ra được quyết định về giải pháp kỹ thuật gia nhiệt cho khuôn – gia nhiệt bằng khí nóng phun từ ngoài – sẽ mang đến các hiệu quả kỹ thuật tốt hơn các biện pháp khác đang sử dụng.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 1. Ý nghĩa khoa học - Thông qua đề tài này, tay máy phục vụ cho hướng nghiên cứu về gia nhiệt cho khuôn trước khi nhựa điền đầy lòng khuôn sẽ được tiến hành chế tạo. Từ đó, các kết quả về ghi nhiệt khuôn sẽ được thực hiện. - Quá trình gia nhiệt cho lòng khuôn bằng khí nóng cũng được kiểm chứng tính khả thi với lòng khuôn có kích thước 50x100 mm và có chiều dày lần lượt 0.