Đặt vấn đề Sản phẩm nhựa hiện nay rất đa dạng, từ đơn giản đến phức tạp, từ kích thƣớc lớn đến kích thƣớc nhỏ. Với sự phát triển nhƣ hiện nay của xã hội, yêu cầu mới đƣợc đặt ra là việc chế tạo các sản phẩm nhựa bằng công nghệ ép phun với bề dày nhỏ hơn 0.1 mm nhƣ các chip sinh học, các thiết bị quang học… Trong quá trình điền nhựa vào khuôn đặc biệt với sản phẩm thành mỏng, những lớp nhựa tiếp xúc với cổng phun nhựa của khuôn (bề mặt cổng phun ở nhiệt độ thấp) sẽ đông lại. Quá trình đông lại ở bề mặc tiếp xúc với cổng phun nhựa sẽ làm giảm áp lực của dòng nhựa và hạn chế dòng chảy vào lòng khuôn làm cho nhựa sẽ không điền đầy đƣợc lòng khuôn. Để khắc phục đƣợc tình trạng đó cần tăng nhiệt độ bề mặt cổng phun nhựa lên một nhiệt độ phù hợp qua đó làm cho quá trình đông đặc lớp nhựa tiếp xúc với cổng phun giảm, mà không làm cho quá trình giải nhiệt sau khi ép tăng lên.
Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn nhƣ: gia nhiệt bằng chất lỏng, gia nhiệt bằng điện trở, gia nhiệt bằng khí nóng.Trong đó phƣơng pháp gia nhiệt bằng chất lỏng và gia nhiệt bằng điện trở có những ƣu điểm nhất định và cũng có những khuyết điểm nhƣ sau: sau quá trình ép khuôn cần giải nhiệt với thời gian tƣơng đối dài, yêu cầu kết cấu khuôn phức tạp. Đối với phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng có rất nhiều ƣu điểm nhƣ có thể gia nhiệt linh hoạt ở nhiều vị trí, quá trình gia nhiệt xảy ra nhanh và các thiết bị đơn giản nên có thể tự động hóa đƣợc. 1 Tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu phân bố nhiệt độ của lòng khuôn sau quá trình gia nhiệt bằng khí nóng từ ngoài khuôn” là vì: - Do nhận thấy phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng là một phƣơng pháp mới trong việc gia nhiệt khuôn. Nhƣng lại có khá nhiều hạn chế nhƣ hiệu suất gia nhiệt và vùng phân bố nhiệt chƣa đạt hiệu quả tối ƣu.
- Nên tôi đã quyết định thiết kế tấm chắn khí nhằm mục đích tăng hiệu quả gia nhiệt, bằng cách tập trung vùng không gian gia nhiệt lại trong vùng cần gia nhiệt, trên các bề mặt phức tạp (lồi, lõm, lồi và lõm) nhằm tăng nhiệt độ trên bề mặt và phân bố nhiệt đều hơn. - Trong quá trình nghiên cứu tôi cũng có tham khảo nhiều nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc về phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng nhằm hiểu rõ hơn về phƣơng pháp, từ đó làm cơ sở vững chắc cho quá trình nghiên cứu sau này. Phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng 1. Đặc điểm của chất khí Chất khí là tập hợp các nguyên tử hay phân tử hay các hạt nói chung trong đó các hạt có thể tự do chuyển động trong không gian.
Chất khí là l tƣơng tác giữa các hạt rất yếu, và các hạt chủ yếu tƣơng tác với nhau qua va chạm ngẫu nhiên, hoặc với thành chứa. Các hạt chuyển động với tốc độ và hƣớng ngẫu nhiên, và các vận tốc của các hạt chỉ thay đổi đáng kể thông qua các va chạm ngẫu nhiên với nhau hoặc với thành vật chứa. Phƣơng trình trạng thái (đối với chất khí) là một mô hình toán học đƣợc sử dụng để mô tả hoặc dự đoán gần đúng các đặc tính trạng thái của chất khí. Hiện nay, không có một phƣơng trình trạng thái nào dự đoán chính xác các tính chất của tất cả các chất khí trong mọi điều kiện.
Phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng Phƣơng pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng là phƣơng pháp mới. Phƣơng pháp này thực hiện nhƣ sau: Không khí đƣợc nén trong máy nén tạo áp lực, sau khi ra khỏi máy nén khí đƣợc đi qua khối thép đã đƣợc nung nóng. Khí đƣợc nung nóng trong khối thép này, khi khí đi ra khỏi khối gia nhiệt đƣợc phun trực tiếp lên bề mặt khuôn để gia nhiệt bề mặt khuôn. Ƣu điểm của phƣơng pháp này: - Gia nhiệt nhanh chóng, linh hoạt, nhiều vị trí.
2 - Hệ thống đơn giản, và có thể tự động hóa. Nhƣợc điểm: - Cần áp suất khí nén ổn định - Môi trƣờng làm việc ồn ào - Tốn thời gian cho mỗi chu kì ép vì module cần phải di chuyển. Do nhận thấy phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng là một phƣơng pháp mới trong việc gia nhiệt khuôn. Nhƣng lại có khá nhiều hạn chế nhƣ hiệu suất gia nhiệt và vùng phân bố nhiệt chƣa đạt hiệu quả tối ƣu.
Nên thiết kế tấm chắn khí (cover) nhằm mục đích tăng hiệu quả gia nhiệt, bằng cách tập trung vùng không gian gia nhiệt lại trong vùng cần gia nhiệt, nhằm tăng nhiệt độ và phân bố nhiệt đều hơn.1: Phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay nhu cầu gia nhiệt cho khuôn ép nhựa là rất cần thiết, việc gia nhiệt cho khuôn sẽ góp phần tăng năng suất và chất lƣợng sản phẩm, hỗ trợ máy ép phun hoạt động tốt hơn. Do nhiệt độ khuôn thấp thì lớp nguội của dòng nhựa (Frozen layer) sẽ dày hơn, từ đó, khả năng chảy của dòng nhựa sẽ bị hạn chế. Đây là một trong những nguyên nhân chủ yếu làm giảm khả năng điền đầy lòng khuôn của nhựa.
Trong đó, rất nhiều vấn đề về ép nhƣ: đƣờng hàn, độ bóng bề mặt, ứng suất dƣ, độ co rút có thể trở nên nghiêm trọng khi 3 nhiệt độ khuôn thấp và phân phối nhiệt không đồng đều. Khi nhiệt độ khuôn cao có thể giảm bớt hoặc loại bỏ đƣợc rất nhiều các vấn đề về ép. Hiện nay gia nhiệt cho khuôn bằng khí nóng là phƣơng pháp phổ biến đã đƣợc nhiều nƣớc đã và đang nghiên cứu. Hiệu quả gia nhiệt là khá tốt nhƣng chƣa đạt hiệu quả tối ƣu.
Nên tôi đã đã quyết định chọn đề tài “nghiên cứu phân bố nhiệt độ của lòng khuôn sau quá trình gia nhiệt bằng khí nóng từ ngoài khuôn” để tăng hiệu quả cho quá trình gia nhiệt. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Với thực tế là hiện nay, các sản phẩm đƣợc thiết kế và phát triển theo xu hƣớng nhẹ hơn, nhỏ hơn, mỏng hơn. Do đó, quá trình phun ép các sản phẩm dạng này đang đối mặt với các thử thách lớn nhƣ: yêu cầu về máy ép, kết cấu khuôn, thông số phun ép, vật liệu nhựa, cũng nhƣ các qui trình phun ép mới…Trong những vấn đề này, hạn chế hiệu tƣợng dòng nhựa bị mất nhiệt trong quá trình chảy vào lòng khuôn mang ý nghĩa quan trọng trong quá trình phun ép.
Nếu trong suốt quá trình nhựa điền đầy khuôn, nhiệt độ khuôn có thể duy trì ở giá trị cao hơn nhiệt độ chuyển pha của vật liệu nhựa (glass transition temperature), quá trình phun ép sẽ có những ƣu điểm nhƣ: áp suất cần để phun ép nhựa đầy lòng khuôn sẽ giảm, khả năng điền đầy khuôn sẽ tăng hơn, ngoài ra, chất lƣợng sản phẩm nhựa cũng đƣợc tăng cao. Nên việc áp dụng thêm các phƣơng pháp gia nhiệt là điều tất yếu. Đặc biệt là phƣơng pháp gia nhiệt bằng khí nóng, hiện tại đang là 1 trong những phƣơng pháp mang lại hiệu quả tuyệt vời và đƣợc nhiều nƣớc hiện đang nghiên cứu. Nên việc tôi quyết định thiết kế, mô phỏng, thử nghiệm các mẫu “cover” để xem ảnh hƣởng của nó đến nhiệt độ cũng nhƣ phân bố nhiệt độ đến bề mặt lòng khuôn là rất cần thiết.
Ngoài ra trong quá trình thí nghiệm và mô phỏng ta sẽ kết luận đƣợc các yếu tố nào ảnh hƣởng đến kết quả gia nhiệt về nhiệt độ và sự phân bố của bề mặt lòng khuôn. Từ đó ta tiến hành thiết kế 1 mẫu cover cho 1 sản phẩm thực nghiệm sao cho đạt đƣợc kết quả tốt nhất. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. - Nghiên cứu, thiết kế hình dáng cover ảnh hƣởng đến phân bố nhiệt độ của lòng khuôn sau quá trình gia nhiệt bằng khí nóng từ ngoài khuôn - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ và phân bố nhiệt khi có cover.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Do những điều kiện khách quan cũng nhƣ chủ quan mà đề tài chỉ nghiên cứu trong phạm vi giới hạn sau: - Tấm gia nhiệt có kích thƣớc là 50mmx50mmxTmm, nhiệt độ đầu vào là 4000C, thời gian gia nhiệt là 20 s.1: Các thông số quy cách cần nghiên cứu của tấm gia nhiệt Bề mặt lòng khuôn (mm) T (mm) R lõm R lồi R (lõm + lồi) 0.0 0;50;75;90 0;50;75;90 0;50;75;90 - Đề tài nghiên cứu chủ yếu các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ và phân bố nhiệt nhƣ khoảng cách phun khí, thể tích chứa khí, số lƣợng và vị trí phân bố lỗ thoát khí trên cover vuông. Phƣơng pháp nghiên cứu. - Nhằm mục đích tìm ra quy luật ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ khoảng cách phun khí, thể tích chứa khí, số lƣợng và vị trí phân bố lỗ thoát khí trên cover vuông.
Đề tài sẽ nghiên cứu các vấn đề sau: Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu các lý thuyết về công nghệ ép phun. Nghiên cứu phƣơng pháp mô phỏng gia nhiệt trên phần mềm Ansys Workbench 14. Nghiên cứu phƣơng pháp phân tích: Phân tích những dữ liệu mô phỏng và đƣa ra kết quả để nhận xét. - Các bƣớc nghiên cứu: Thiết kế các mẫu cover cho phép ta khảo sát các yếu tố trên.
Mô phỏng trên phần mềm Ansys nhằm dự đoán kết quả thí nghiệm. Nghiên cứu kết quả mô phỏng về nhiệt độ và phân bố nhiệt. Nhằm đƣa ra kết luận về các yếu tố ảnh hƣởng đến nhiệt độ và phân bố nhiệt trong quá trình gia nhiệt có “cover”. 5 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUY T 2.
Tổng quan về khuôn ép nhựa Khuôn là cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau để tạo thành một bộ khuôn hoàn chỉnh. Sản phẩm đƣợc tạo hình giữa 2 phần khuôn, khoảng trống giữa 2 phần đó là hình dạng của sản phẩm cần tạo. [1] Khuôn là dụng cụ (thiết bị) dùng để tạo hình sản phẩm theo phƣơng pháp định hình. Khuôn đƣợc thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lƣợng chu trình nào đó, có thể là một lần cũng có thể là nhiều lần.[1] Khuôn bao gồm hai phần chính: - Phần cavity (khuôn cái, khuôn cố định): đƣợc gá lên tấm cố định của máy ép nhựa.
[1] - Phần core (khuôn đực, khuôn di động): đƣợc gá lên tấm di động của máy ép nhựa.1: Khuôn âm và khuôn dƣơng ở trạng thái đóng.