Chương I TỔNG QUAN 1. Ngành nhựa ở nước ta Đất nước ta đang trên đà phát triển, mỗi người công dân chúng ta đều mong muốn Việt Nam sẽ trở thành một đất nước phát triển và để đạt được điều ấy đất nước ta đã đặt ra các mục tiêu, chiến lược để phát triển kinh tế. Trong đó, ngành nhựa là một trong những ngành đã đóng góp nhiều vào sự phát triển kinh tế ở nước ta. Ngành sản xuất sản phẩm nhựa là một trong những ngành công nghiệp đang phát triển nhanh nhất tại Việt Nam, tốc độ tăng trưởng trung bình trong 10 năm trở lại đây là 15 – 20%[12].
Năm 2010 cả nước có 1,200 công ty nhựa đến nay đã tăng lên khoảng 2,200 công ty. Thị trường xuất khẩu chính hiện nay là Nhật, Mỹ và một số nước Châu Âu. Năm 2014, kim ngạch xuất khẩu ngành đạt 3 tỷ USD, tăng bình quân hơn 29%/năm kể từ 2009, ngành nhựa sẽ đứng trước cơ hội rất lớn để phát triển hoạt động xuất khẩu[11]. Việt Nam sản xuất rất nhiều chủng loại sản phẩm nhựa bao gồm sản phẩm đóng gói, đồ gia dụng, vật liệu xây dựng, thiết bị điện và điện tử, linh kiện xe máy, ô tô và các linh kiện phục vụ cho ngành viễn thông và giao thông vận tải, cơ cấu sản phẩm nhựa ở Việt Nam được thể hiện thông qua biểu đồ sau[11].
Cơ cấu ngành nhựa Việt Nam 1 Kể từ năm 2000 trở lại đây, ngành công nghiệp sản xuất nhựa của Việt Nam đã duy trì tốc độ tăng trưởng cao nhờ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu khẩu tăng mạnh. Tiêu thụ nhựa bình quân theo đầu người tại Việt Nam năm 1989, mỗi người Việt Nam chỉ tiêu thụ nhựa ở mức 1 kg/năm; năm 2008 con số này là 22 kg/năm và năm 2013 là 35kg/năm. Năm 2020, mức tiêu thụ này được dự đoán sẽ tiếp tục tăng lên 45kg/năm[11]. Tốc độ tăng trưởng sản lượng nhựa Việt Nam giai đoạn 2000-2010 (đơn vị: nghìn tấn) Chính nhờ những chuyển biến tốt đẹp ấy của ngành nhựa mà có thể tự tin rằng ngành nhựa sẽ nhanh chóng khẳng vị thế trong tương lai, đồng thời cùng với các ngành công nghiệp khác, ngành nhựa góp phần đưa nền kinh tế của đất nước ta phát triển đến một tầm cao mới.
Để ngành nhựa có thể phát triển theo như mong đợi, yêu cầu mõi con người chúng ta cần có ý thức hơn nữa trong quá trình lao động sản xuất, đặc biệt những tầng lớp trí thức, những cá nhân, tập thể đặc biệt quan tâm đến ngành nhựa cần cố gắng phấn đấu hơn nữa để nghiên cứu tìm ra những phương án tốt nhất, những công nghệ tốt nhất để cải thiện ngành nhựa trên mọi mặt, đặt biệt cải thiện máy móc, chất lượng sản phẩm nhựa. Bên cạnh đó sự quan tâm của chính phủ là điều không thể thiếu để tạo điều kiện thuận lợi cho ngành nhựa phát triển thật mạnh trong nước và xuất khẩu ra nước ngoài. Công nghệ sản xuất nhựa Ngày nay các sản phẩm nhựa không còn lạ đối với mõi người chúng ta, các doanh nghiệp nhựa hình thành ngày càng nhiều. Không những cung cấp đủ nhu cầu tiêu dùng của người dân trong nước mà còn xuất khẩu.
Sản phẩm nhựa ở nước ta rất đa dạng và phong phú , để có được sản phẩm nhựa phong phú như vậy nước ta đã sở hữu nhiều công nghệ sản xuất nhựa tiên tiến, nhưng phổ biết nhất là ba công nghệ chính: Công nghệ ép phun: là công nghệ phun nhựa dẻo vào lòng khuôn và chờ khi nhựa nguội, đông cứng sẽ được hình dạng sản phẩm. Công nghệ này được sử dụng để làm các thành phần nhựa và phụ tùng cho các thiết bị điện tử, điện lực, xe máy và ngành công nghiệp ô tô…[20] Hình 1. Máy ép phun Hình 1. Sản phẩm công nghệ ép phun 3 Công nghệ đùn thổi: Trục vít quay truyền nhựa lỏng tới đầu đùn, thông qua hệ thống gia nhiệt và cơ cấu của đầu đùn, nhựa được đùn xuống dưới dạng ống có chiều dày tùy theo sản phẩm yêu cầu.
Sau đó hai nửa khuôn đóng lại, lúc này giữa hai lòng khuôn có một ống nhựa, đầu dưới của ống nhựa được kẹp dính lại bởi hai nửa khuôn. Lúc này khí sẽ được thổi vào ống làm căng ống nhựa sát vào lòng khuôn tạo hình chi tiết. Kế đến hệ thống dao cắt đi vào cắt ngang ống, loại bỏ phần ống nhựa thừa phía đầu. Hai nửa khuôn được mở ra và chi tiết tạo thành rơi xuống.
Ðây là công nghệ thổi màng, sản xuất ra các loại vật liệu bao bì nhựa từ màng, dùng trong các công nghệ thổi túi PE, PP và màng (cán màng PVC) [21]. Công nghệ đùn thổi Hình 1. Sản phẩm công nghệ đùn thổi 4 Công nghệ sản xuất nhựa thanh Profile: Công nghệ này được sử dụng để làm các sản phẩm như ống thoát nước PVC, ống cấp nước PE, ống nhôm nhựa, cáp quang, cửa ra vào PVC, khung hình, tấm lợp, phủ tường, … Hình 1. Công nghệ sản xuất thanh Profile Hình 1.
Sản phẩm công nghệ sản xuất thanh Profile 1. Tính cấp thiết của đề tài Nhu cầu thị hiếu của người dân càng ngày càng cao, đòi hỏi những vật dụng của họ có tính thẩm mỹ cao, chất lượng tốt, đa dạng và phong phú. Để đáp ứng được điều đó ngành nhựa cần phải có nhiều công nghệ mới, thiết kế những mẫu mã mới, đồng thời khuyến khích việc sáng tạo trong ngành nhựa nhằm cải tiến các công nghệ cũ và tìm ra các giải pháp mới. 5 Hơn thế nữa ngành nhựa hiện nay không chỉ phát triển ở Việt Nam mà còn đang phát triển ở nhiều nước trên thế giới, vì thế các sản phẩm nhựa được đưa ra thị trường ngày càng nhiều dẫn đến sự cạnh tranh gay gắt với nhau về tính năng, chất lượng, giá thành giữa các mặt hàng nhựa.
Bên cạnh đó nguồn nguyên vật liệu ở nước ta chưa đủ để cung ứng cho ngành nhựa mà phần lớn phải nhập khẩu từ nước ngoài. Với ba lý do trên, để góp phần cho ngành nhựa Việt Nam có thể phát triển, cung cấp đầy đủ nhu cầu thị hiếu của người dân trong nước, có khả năng cạnh tranh với nhựa của các nước trên thế giới nên đề tài “NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT CỦA TẤM KHUÔN DƯƠNG VỚI HỆ THỐNG KÊNH DẪN XOẮN ỐC TRONG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT” được hình thành nhằm mục đích nâng cao chất lượng, giảm giá thành, tiết kiệm nguyên vật liệu cho các sản phẩm nhựa. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: Qua đề tài này giúp hiểu rõ hơn về vị thế của ngành nhựa trong nền kinh tế của nước ta, hiểu rõ công nghệ sản xuất nhựa đặt biệt là công nghệ ép phun. Đề tài cũng góp phần cải thiện hiệu xuất làm việc của khuôn, cũng như cải thiện đáng kể chất lượng, năng suất của sản phẩm nhựa.
Ý nghĩa thực tiễn: Qua đề tài này giúp tác giả hiểu rõ hơn về phương pháp và hướng để nghiên cứu và giải quyết một đề tài nghiên cứu khoa học. Giúp tác giả hiểu rõ hơn về công nghệ sản xuất nhựa, quy trình thiết kế khuôn ép nhựa, cách ứng dụng phần mềm Creo 2.0 trong thiết kế khuôn, tiến hành thí nghiệm để lấy số liệu. Mục đích nghiên cứu đề tài Xây dựng cơ sở lý thuyế t cho đề tài. Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng dòng chảy, mật độ kênh giải nhiệt, vật liệu làm khuôn đến quá trình điều khiển nhiệt độ cho tấm khuôn dương.
Thiết kế mô hình khuôn dương với hệ thống nhiệt theo đường xoắn ốc. 6 Mô phỏng ảnh hưởng của các thông số độ lớn tiết diện, số vòng xoắn, vật liệu đến nhiệt độ khuôn. Tiến hành gia công mô hình để kiểm tra kết quả mô phỏng. So sánh đánh giá kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm.
Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài 1. Nhiệm vụ của đề tài Tìm hiểu về công nghệ ép phun và ảnh hưởng của hệ thống nhiệt đến chu trình ép phun. Tìm hiểu các phương pháp gia nhiệt và giải nhiệt cho khuôn, đặt biệt phương pháp giải nhiệt bằng nước nóng. Nghiên cứu về ảnh hưởng của độ lớn kênh dẫn đến quá trình gia nhiệt và giải nhiệt của khuôn dương.
Nghiên cứu về ảnh hưởng của mật độ kênh dẫn đến quá trình gia nhiệt và giải nhiệt của khuôn dương. Nghiên cứu về ảnh hưởng của vật liệu làm khuôn đến quá trình gia nhiệt và giải nhiệt của khuôn dương. Giới hạn của đề tài Do đề tài nghiên cứu ha ̣n chế về thời gian cũng như kinh phí nên chỉ tiến hành nghiên cứu kênh dẫn có biên dạng hình vuông, vật liệu làm khuôn gồm: nhôm, thép và đồng. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.
Các nghiên cứu ngoài nước Nghiên cứu về ảnh hưởng của hệ thống làm lạnh đến nhiệt độ khuôn “A Study of the Effect of Conformal Cooling on Part Temperature”. Dưới sự nghiên cứu của hai tác giả Jonathan Meckley và Robert Edwards ở trường Đại học thuộc bang Pennsylvania tại Erie, Behrend [9]. Đề tài nghiên cứu này tác giả kiểm tra sự khác nhau giữa các bộ phận khuôn của thép P20 và các công cụ Insert trong khuôn. Bộ phận Insert P20 được sử dụng 7 như công cụ nhằm dùng để so sánh với hai dạng Insert còn lại.
Hai Insert,m ột Insert giống như Insert P20, còn một Insert còn lại là đường làm lạnh thích hợp, sau đó ghi nhận lại nhiệt độ. Insert thép P20 – làm lạnh thông thường. Làm lạnh thông thường theo đường thẳng Insert S4 giải nhiệt cho khuôn (tương tự như bộ insert P20) Hình 1. Hệ thống làm lạnh sử dụng Insert tạo mẫu nhanh Sử dụng bộ Insert S4 phù hợp để giải nhiệt cho khuôn Hình 1.
Hệ thống làm lạnh thích hợp dạng hốc 8 Hình 1. Hệ thống làm lạnh thích hợp đường dạng lõi Kết quả công trình nghiên cứu cho thấy, sử dụng Insert theo đường cong thích hợp để giải nhiệt cho khuôn tốt hơn sử dụng hai Insert còn lại. 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. Mianithuộc đại học Bournemouth [11].
Mục tiêu chính của nghiên cứu này để thiết kế tối ưu và hiệu quả cho các kênh giải nhiệt/gia 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.