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 hệ thống giải nhiệt: truyền thống (2D) và theo hình dạng của chi tiết (3D).
- Hệ thống giải nhiệt truyền thống (2D) Hình 1.1 Hệ thống giải nhiệt truyền thống (2D) [1] Hệ thống giải nhiệt truyền thống bao gồm việc gia công các kênh giải nhiệt vào khuôn thông qua các phương pháp tiêu chuẩn như khoan hoặc phay. Các kênh được tạo ra bằng những quy trình này thường được làm theo đường thẳng, tuy nhiên chúng có thể gặp nhau hoặc được cải thiện bằng các thiết bị bổ sung như làm mát có vách ngăn (baffle system) và làm mát kiểu vòi phun (Bubblers). Thiết kế hệ thống giải nhiệt tiêu chuẩn thích 1 hợp nhất cho các bộ phận có hình dạng đơn giản để đảm bảo toàn bộ phần được làm mát hiệu quả.2 Hệ thống làm mát có vách ngăn (baffle system) và làm mát kiểu vòi phun (Bubblers) [1] Ưu điểm: + Chi phí thấp: Khuôn làm mát theo phương pháp truyền thống giá rẻ hơn vì chúng không đòi hỏi các phương pháp sản xuất tiên tiến để sản xuất. Nhược điểm: + Truyền nhiệt kém: Làm mát truyền thống không hiệu quả như làm mát theo hình dạng trong việc loại bỏ nhiệt từ bộ phận do giới hạn của các phương pháp sản xuất truyền thống.
- Hệ thống giải nhiệt theo hình dạng của chi tiết (3D) Hình 1.3 Hệ thống giải nhiệt theo hình dạng của chi tiết (3D) [1] Hệ thống giải nhiệt theo hình dạng của chi tiết (3D) giúp quá trình ép nhựa cho các bộ phận phức tạp trở nên dễ tiếp cận và hiệu quả hơn. Đây là cách thức đưa vào các kênh 2 làm mát theo sát với hình dạng của chi tiết. Quá trình này tăng hiệu quả làm mát những bộ phận này một cách đồng đều, ngay cả trong các khu vực khó tiếp cận. Ưu điểm: + Giảm thời gian chu kỳ ép nhựa: Tùy thuộc vào từng bộ phận, làm mát theo hình dạng có thể giảm thời gian chu kỳ do hiệu suất làm mát được cải thiện.
+ Tăng khả năng linh hoạt trong thiết kế. + Giảm tỷ lệ hao phí: Quá trình làm mát được kiểm soát chính xác hơn dẫn đến ít lỗi, tỷ lệ hao phí thấp và tính đồng đều cao của sản phẩm. Nhược điểm: + Chi phí cao: Hệ thống giải nhiệt theo hình dạng của chi tiết đòi phương pháp sản xuất tiên tiến và người thiết kế cần có chuyên môn cao. Dựa vào đó hệ thống giải nhiệt này được thiết kế ra kết hợp cả hai phương pháp truyền thống (2D) và theo hình dạng của chi tiết (3D) nhằm tăng khả năng làm mát một cách đồng dều và tiết kiệm chi phí gia công.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Trong tình hình ngày nay, việc thiết kế và phát triển sản phẩm theo xu hướng nhỏ, nhẹ, mỏng và linh hoạt đã đặt ra nhiều thách thức đáng kể trong quá trình phun ép nhựa. Những thách thức này bao gồm yêu cầu về máy ép, cấu trúc khuôn, tham số phun ép, vật liệu nhựa, và các quy trình phun ép mới. Từ góc độ khoa học, nghiên cứu này không chỉ mở rộng kiến thức về cách nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình tạo hình sản phẩm nhựa mà còn đưa ra những phương pháp và kỹ thuật mới, nhằm tối ưu hóa hiệu suất sản xuất.
Việc áp dụng kênh dẫn hỗn hợp trong quá trình phun ép không chỉ giúp giảm hiện tượng mất nhiệt độ của dòng nhựa mà còn tăng cường khả năng điều khiển và làm mát, từ đó cải thiện đáng kể chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Về thực tiễn trong lĩnh vực thực tế sản xuất, đề tài này có ý nghĩa lớn về việc giảm chi phí và tăng hiệu suất trong quá trình phun ép nhựa. Bằng cách hiểu rõ hơn về cách thức nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, doanh nghiệp có thể tối ưu hóa các thông số kỹ thuật, giảm thời gian gia nhiệt khuôn, và đạt được sản phẩm với chất lượng cao hơn. Điều này không chỉ giúp tăng cường sức cạnh tranh mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững và hiệu quả trong ngành công nghiệp phun ép nhựa.
3 Trong nghiên cứu này, tập trung vào khả năng tạo hình cho sản phẩm nhựa khi sử dụng kênh dẫn hỗn hợp trong quá trình phun ép. Mục tiêu là nghiên cứu các phương pháp gia nhiệt khuôn hiệu quả, đảm bảo nhiệt độ yêu cầu, và đồng thời giữ cho chu kỳ phun ép ngắn nhất có thể. Đây có thể là những bước đầu cơ bản để những nhóm thực hiện đề tài sau, nhóm sinh viên ngành cơ khí, đặc biệt là trong chuyên ngành khuôn mẫu có thể nghiên cứu và cải tiến đề tài để trở nên hoàn thiện hơn và đáp ứng đủ được các yêu cầu cần thiết trong môi trường hiện nay. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
- Thiết kế, chế tạo khuôn (gia công CNC, cắt laser). - Ép thử sản phẩm. - Mô phỏng quá trình điền đầy sản phẩm. - Áp dụng công nghệ gia nhiệt vào lòng khuôn.
- Thử nghiệm các trường hợp nhiệt độ khác nhau của kênh dẫn hỗn hợp. - Tổng hợp, so sánh và phân tích kết quả thí nghiệm. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu là hệ thống kênh dẫn hỗn hợp và khả năng tạo hình cho sản phẩm nhựa của khuôn.
Nghiên cứu tập trung vào quá trình tạo hình của sản phẩm nhựa và ảnh hưởng của kênh dẫn hỗn hợp đối với khả năng điều khiển và cải thiện chất lượng của sản phẩm. Phạm Vi Nghiên Cứu: - Tổng quan về khuôn ép nhựa và giới thiệu sản phẩm. - Thiết kế hệ thống kênh dẫn hỗn hợp. - Thiết kế mẫu sản phẩm ép thử (các tấm insert).
- Lắp ráp khuôn và ép thử sản phẩm trên máy ép. - Thí nghiệm gia nhiệt khuôn với nước nóng. - Chụp ảnh và xử lý thông số thí nghiệm. - Nghiên cứu quá trình điền đầy khuôn với các nhiệt độ và áp suất khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu. - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các lý thuyết về khuôn ép nhựa và kênh dẫn hỗn hợp. Mô phỏng quá trình điền đầy trên phần mềm. - Nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành ép thử sản phẩm và Gia nhiệt khuôn với các nhiệt độ thời gian khác nhau.
4 - Phương pháp mô hình hóa: Thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa có hệ thống kênh dẫn hỗn hợp phức tạp. - Phương pháp phân tích dữ liệu: Kết hợp giữa mô phỏng trên phần mềm và thực nghiệm để phân tích và so sánh các trường hợp kết quả thí nghiệm thu được. So sánh các kết quả thực nghiệm theo các điều kiện ban đầu. Kết cấu của ĐATN Đồ án tốt nghiệp bao gồm 5 chương sau: - Chương 1: Tổng quan (Trình bày mục đích thực hiện đề tài).
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết (trình bày khái niệm về khuôn, các loại nhựa thường được sử dụng trong ép nhựa). - Chương 3: Thiết kế chế tạo mô hình thí nghiệm (thiết kế mô hình khuôn, gia công và lắp ráp khuôn, sử dụng phầm mềm Ansys để mô phỏng, mô hình thực hiện thí nghiệm). - Chương 4: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm (đưa ra kết quả từ quá trình mô phỏng và quá trình thực nghiệm và tiến hành so sánh). - Chương 5: Kết luận (Đưa ra kết luận và hướng phát triển tiếp cho đề tài).
5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2. Giới thiệu Gia nhiệt khuôn bằng nước nóng là một phương pháp cụ thể của quá trình gia nhiệt khuôn mà nhiệt độ được truyền qua khuôn bằng cách sử dụng nước nóng. Thường thì, trong quá trình này, nước nóng được cung cấp qua các ống nước hoặc các hệ thống cấp nhiệt khác để truyền nhiệt đến khuôn. Một số vấn đề liên quan đến quá trình gia nhiệt khuôn bao gồm: - Đồng đều nhiệt độ: phải đảm bảo rằng nhiệt độ được phân phối đồng đều trên toàn bộ bề mặt của khuôn.
Sự không đồng đều trong nhiệt độ có thể dẫn đến sự biến dạng không mong muốn hoặc sự không đồng đều trong chất lượng sản phẩm. - Thời gian làm nóng: Việc gia nhiệt khuôn cần phải được thực hiện trong một thời gian đủ để đảm bảo rằng toàn bộ khuôn đã đạt được nhiệt độ cần thiết. Thời gian này cũng phải được điều chỉnh sao cho phù hợp với loại chất liệu và kích thước của bộ phận được sản xuất. - Điều khiển nhiệt độ: Quá trình gia nhiệt khuôn cần phải được kiểm soát chính xác để đảm bảo rằng nhiệt độ được duy trì ổn định và chính xác trong suốt quá trình sản xuất.
Sự không ổn định trong nhiệt độ có thể dẫn đến sự biến dạng hoặc các vấn đề chất lượng khác trong sản phẩm cuối cùng. - Tiết kiệm năng lượng: Gia nhiệt khuôn cũng đối diện với thách thức về tiết kiệm năng lượng. Việc sử dụng quá nhiều năng lượng để gia nhiệt khuôn có thể tăng chi phí sản xuất và làm giảm lợi nhuận. Kết cấu của bộ khuôn Hình 2.1 Mô hình khuôn sau khi thiết kế Hình 2.