Nghiên cứu ứng dụng phương pháp biến dạng cục bộ trong chế tạo tấm tích nhiệt cho khuôn phun ép có sử dụng hệ thống gia nhiệt bằng khí nóng

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng phương pháp biến dạng cục bộ trong chế tạo tấm tích nhiệt cho khuôn phun ép có, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Trương Trung Nghĩa
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Sơn Minh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Phương Pháp Biến Dạng Cục Bộ Trong Chế Tạo Tấm Tích Nhiệt Cho Khuôn Phun Ép Sử Dụng Hệ Thống Gia Nhiệt Khí Nóng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung
• 1.2. Công nghệ ép phun
• 1.2.1. Khái niệm về công nghệ ép phun
• 1.2.2. Đặc điểm của công nghệ ép phun
• 1.3. Cấu tạo chung của máy ép phun
• 1.3.1. Hệ thống kẹp
• 1.3.2. Hệ thống khuôn
• 1.3.3. Hệ thống phun
• 1.3.4. Hệ thống hỗ trợ ép phun
• 1.3.5. Hệ thống điều khiển
• 1.4. Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng
• 1.5. Phương pháp biến dạng tấm kim loại cục bộ
• 1.6. Tạo hình tấm bằng máy miếc đơn giản
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về khuôn ép nhựa
• 2.2. Khái niệm chung
• 2.3. Kết cấu chung của bộ khuôn
• 2.4. Phân loại khuôn ép phun
• 2.5. Tổng quan về công nghệ biến dạng kim loại tấm cục bộ
• 2.5.1. Khái niệm chung
• 2.5.2. Phân loại công nghệ và sản phẩm
• 2.5.3. Đặc điểm công nghệ miết, yêu cầu về vật liệu
• 2.6. Tổng quan quá trình gia nhiệt
• 2.7. Khái niệm về điều khiển nhiệt độ khuôn trong quá trình phun ép
• 2.8. Phân loại các phương pháp gia nhiệt
• 2.9. Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép
• 2.10. Tổng quan về phần mềm ANSYS
• 2.10.1. Giới thiệu chung
• 2.10.2. Giới thiệu module CFX trong phần mềm ANSYS
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG
• 3.1. Thực nghiệm gia công lòng khuôn
• 3.2. Gia công lòng khuôn trên phần mềm creo 3
• 3.3. Tiến hành gia công lòng khuôn
• 3.4. Thực nghiệm gia nhiệt trên lòng khuôn
• 3.5. Phương pháp mô phỏng gia nhiệt
• 3.6. Thử nghiệm gia nhiệt trên lòng khuôn
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ
• 4.1. Kết quả thực nghiệm đo nhiệt độ
• 4.2. Kết quả mô phỏng và đo thực tế lòng khuôn hình chữ nhật
• 4.3. Kết quả mô phỏng và đo thực tế lòng khuôn hình tròn
• 4.4. Kết luận quá trình thực nghiệm
• 4.5. Kết quả thực nghiệm giải nhiệt
• 4.6. Làm nguội bằng nước (water cooling 30°C)
• 4.7. Nhận xét quá trình thực nghiệm giải nhiệt
• 4.8. Kết luận quá trình thực nghiệm
• 4.9. Phân tích độ tin cậy của thí nghiệm gia nhiệt
• 4.10. Phân tích độ tin cậy của thí nghiệm trên tấm insert hình tròn
• 4.11. So sánh thí nghiệm giải nhiệt
• 4.12. Nhận xét thí nghiệm giải nhiệt
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Kết quả đạt được
• 5.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Phương pháp biến dạng cục bộ

Phương pháp biến dạng cục bộ là một kỹ thuật gia công áp lực, được sử dụng để tạo hình kim loại tấm. Phương pháp này cho phép tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp với độ chính xác cao. Trong nghiên cứu này, phương pháp biến dạng cục bộ được áp dụng để chế tạo tấm tích nhiệt cho khuôn phun ép. Kỹ thuật này giúp tối ưu hóa quá trình gia nhiệt, đảm bảo phân bố nhiệt độ đồng đều trên bề mặt khuôn.

1.1. Ứng dụng trong chế tạo tấm tích nhiệt

Phương pháp biến dạng cục bộ được sử dụng để tạo hình tấm tích nhiệt từ kim loại tấm. Tấm tích nhiệt này có vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ ổn định cho khuôn phun ép. Quá trình biến dạng cục bộ giúp tạo ra các cấu trúc vi mô trên bề mặt tấm, tăng diện tích tiếp xúc với khí nóng, từ đó nâng cao hiệu suất gia nhiệt.

1.2. Ưu điểm và hạn chế

Phương pháp biến dạng cục bộ mang lại nhiều ưu điểm như giảm chi phí gia công, tăng độ bền và tuổi thọ của tấm tích nhiệt. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số hạn chế như yêu cầu thiết bị chuyên dụng và quy trình kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo độ chính xác.

II. Chế tạo tấm tích nhiệt

Chế tạo tấm tích nhiệt là một bước quan trọng trong nghiên cứu này. Tấm tích nhiệt được thiết kế để tối ưu hóa quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép. Vật liệu sử dụng là kim loại tấm, được gia công bằng phương pháp biến dạng cục bộ để tạo ra các cấu trúc vi mô giúp tăng hiệu suất truyền nhiệt.

2.1. Thiết kế và gia công

Tấm tích nhiệt được thiết kế với các biên dạng hình chữ nhật và hình tròn. Quá trình gia công sử dụng máy phay CNC và phần mềm Creo 3 để đảm bảo độ chính xác cao. Phương pháp biến dạng cục bộ được áp dụng để tạo hình các cấu trúc vi mô trên bề mặt tấm.

2.2. Hiệu suất gia nhiệt

Kết quả thử nghiệm cho thấy, tấm tích nhiệt được chế tạo bằng phương pháp biến dạng cục bộ có hiệu suất gia nhiệt cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Nhiệt độ được phân bố đồng đều trên bề mặt khuôn, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm.

III. Hệ thống gia nhiệt khí nóng

Hệ thống gia nhiệt khí nóng là một phương pháp mới trong gia nhiệt khuôn phun ép. Hệ thống này sử dụng khí nóng được nung nóng qua khối thép, sau đó phun trực tiếp lên bề mặt khuôn. Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm như gia nhiệt nhanh chóng, linh hoạt và có thể tự động hóa.

3.1. Nguyên lý hoạt động

Khí nóng được tạo ra bằng cách nén không khí qua khối thép nung nóng. Khí nóng sau đó được phun lên bề mặt khuôn để gia nhiệt. Hệ thống gia nhiệt khí nóng giúp giảm thời gian chu kỳ gia nhiệt và giải nhiệt, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất.

3.2. Ưu điểm và hạn chế

Hệ thống gia nhiệt khí nóng có ưu điểm là gia nhiệt nhanh và linh hoạt. Tuy nhiên, hệ thống này cũng có một số hạn chế như yêu cầu áp suất khí nén ổn định và môi trường làm việc ồn ào.

IV. Ứng dụng công nghệ

Nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng công nghệ phương pháp biến dạng cục bộ và hệ thống gia nhiệt khí nóng trong chế tạo tấm tích nhiệt cho khuôn phun ép. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc kết hợp hai phương pháp này giúp tối ưu hóa quá trình gia nhiệt, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

4.1. Tối ưu hóa quy trình

Việc áp dụng phương pháp biến dạng cục bộ và hệ thống gia nhiệt khí nóng giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất khuôn phun ép. Quá trình gia nhiệt được cải thiện, giảm thời gian chu kỳ và nâng cao hiệu suất sản xuất.

4.2. Thực tiễn ứng dụng

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao, có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất nhựa và điện tử. Tấm tích nhiệt được chế tạo bằng phương pháp biến dạng cục bộ và hệ thống gia nhiệt khí nóng giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Công nghệ ép phun nhựa là một trong những phương pháp sản xuất chủ lực trong ngành công nghiệp chế tạo hiện đại, với khả năng tạo ra sản phẩm có hình dạng phức tạp, độ chính xác cao và năng suất lớn. Theo báo cáo ngành, thời gian chu kỳ ép phun chiếm phần lớn là thời gian giải nhiệt, chiếm khoảng hai phần ba tổng thời gian chu kỳ, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chi phí sản xuất. Đặc biệt, với các sản phẩm nhựa thành mỏng, việc duy trì nhiệt độ khuôn ở mức tối ưu là yếu tố then chốt để đảm bảo khả năng điền đầy khuôn, giảm hiện tượng đông đặc nhựa sớm và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu ứng dụng phương pháp biến dạng cục bộ trong chế tạo tấm tích nhiệt cho khuôn phun ép, kết hợp với hệ thống gia nhiệt bằng khí nóng – một phương pháp gia nhiệt mới, có ưu điểm gia nhiệt nhanh, linh hoạt và dễ tự động hóa. Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế, chế tạo và thử nghiệm các tấm tích nhiệt dạng mỏng với hình dạng khác nhau (hình chữ nhật và hình tròn), đồng thời phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ khí nóng, khoảng cách phun khí đến tấm tích nhiệt đến hiệu quả gia nhiệt và phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong điều kiện thực nghiệm tại phòng thí nghiệm khuôn mẫu của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, với nhiệt độ khí nóng phun từ 200°C đến 400°C, khoảng cách phun từ 2mm đến 6mm, thời gian gia nhiệt 30 giây và vật liệu tấm tích nhiệt là nhôm với độ dày khoảng 0.5mm. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả gia nhiệt khuôn, giảm thời gian chu kỳ ép phun, từ đó tăng năng suất và chất lượng sản phẩm nhựa thành mỏng, đồng thời góp phần phát triển công nghệ gia nhiệt khuôn phun ép tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: công nghệ biến dạng cục bộ kim loại tấm và công nghệ gia nhiệt khuôn phun ép bằng khí nóng.

1. Công nghệ biến dạng cục bộ kim loại tấm: Đây là phương pháp gia công áp lực tạo hình chi tiết dạng tấm mỏng bằng cách biến dạng dẻo cục bộ trên phôi kim loại. Phương pháp này cho phép tạo hình nhanh, linh hoạt, phù hợp với sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc. Các khái niệm chính bao gồm biến dạng dẻo, giới hạn biến dạng, các loại miết (miết phôi phẳng, miết phôi ống), và yêu cầu về vật liệu như độ dẻo, giới hạn chảy, độ bền kéo.

2. Công nghệ gia nhiệt khuôn phun ép bằng khí nóng: Phương pháp gia nhiệt bề mặt khuôn bằng khí nóng được thực hiện bằng cách nén khí, nung nóng khí qua khối thép nung nóng rồi phun trực tiếp lên bề mặt khuôn. Ưu điểm là tốc độ gia nhiệt nhanh (tăng nhiệt độ từ 600°C lên 1000°C trong 2 giây), linh hoạt vị trí gia nhiệt và dễ dàng tự động hóa. Tuy nhiên, cần áp suất khí nén ổn định và môi trường làm việc có thể ồn ào.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: nhiệt độ bề mặt khuôn, khả năng điền đầy khuôn, lớp nguội (Frozen layer), phân bố nhiệt độ, chu kỳ ép phun, và mô phỏng truyền nhiệt bằng phần mềm ANSYS CFX.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa thiết kế mô hình, gia công thực nghiệm và mô phỏng số:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ thí nghiệm gia nhiệt thực tế trên các mẫu tấm tích nhiệt bằng nhôm với hình dạng lòng khuôn hình chữ nhật và hình tròn, cùng với dữ liệu mô phỏng nhiệt độ bề mặt khuôn trên phần mềm ANSYS CFX.

• Phương pháp phân tích: Phân tích nhiệt độ bề mặt khuôn theo các biến số nhiệt độ khí nóng (200°C đến 400°C), khoảng cách phun khí (2mm, 4mm, 6mm), và hình dạng tấm tích nhiệt. So sánh kết quả thực nghiệm với mô phỏng để đánh giá độ tin cậy và hiệu quả của phương pháp biến dạng cục bộ trong chế tạo tấm tích nhiệt.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu tấm tích nhiệt được gia công từ nhôm với độ dày khoảng 0.5mm, kích thước lòng khuôn hình chữ nhật 55x60mm và hình tròn bán kính 50mm. Lựa chọn các điều kiện gia nhiệt phù hợp với thực tế sản xuất khuôn phun ép.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian thực hiện luận văn, bao gồm thiết kế mô hình, gia công, thí nghiệm gia nhiệt, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí nóng đến nhiệt độ bề mặt khuôn: Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng nhiệt độ khí nóng từ 200°C lên 400°C, nhiệt độ bề mặt khuôn tăng tương ứng, đạt mức tối đa khoảng 120°C trong vòng 2 giây gia nhiệt. Mô phỏng ANSYS cho kết quả tương đồng với sai số dưới 5%, chứng tỏ độ tin cậy cao của mô hình.

2. Ảnh hưởng khoảng cách phun khí đến hiệu quả gia nhiệt: Khi khoảng cách phun khí tăng từ 2mm lên 6mm, nhiệt độ bề mặt khuôn giảm khoảng 15-20%, do sự phân tán nhiệt của khí nóng trong không gian. Khoảng cách 2mm được xác định là tối ưu để đạt nhiệt độ cao và phân bố nhiệt đồng đều.

3. So sánh hiệu quả giữa tấm tích nhiệt hình chữ nhật và hình tròn: Tấm tích nhiệt hình tròn cho phân bố nhiệt đồng đều hơn, nhiệt độ bề mặt khuôn cao hơn trung bình 8% so với tấm hình chữ nhật, do hình dạng giúp khí nóng tiếp xúc hiệu quả hơn.

4. Tác động của biến dạng cục bộ trong chế tạo tấm tích nhiệt: Phương pháp biến dạng cục bộ giúp giảm chi phí gia công, tạo hình tấm tích nhiệt mỏng với độ chính xác cao, đồng thời cải thiện khả năng truyền nhiệt và phân bố nhiệt trên bề mặt khuôn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự gia tăng nhiệt độ bề mặt khuôn khi sử dụng khí nóng là do quá trình truyền nhiệt đối lưu hiệu quả giữa khí nóng và bề mặt tấm tích nhiệt. Việc giảm nhiệt độ khi tăng khoảng cách phun khí được giải thích bởi sự mất mát nhiệt trong không khí và giảm áp suất khí phun. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với báo cáo cho thấy gia nhiệt bằng khí nóng có thể rút ngắn thời gian gia nhiệt và chu kỳ ép so với phương pháp gia nhiệt bằng nước nóng truyền thống.

Phân bố nhiệt đồng đều hơn trên tấm tích nhiệt hình tròn cũng tương đồng với các nghiên cứu về thiết kế khuôn, cho thấy hình dạng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả gia nhiệt. Việc ứng dụng phương pháp biến dạng cục bộ trong chế tạo tấm tích nhiệt không chỉ giảm chi phí mà còn tăng tính linh hoạt trong sản xuất, phù hợp với các sản phẩm nhựa thành mỏng có yêu cầu cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ nhiệt độ trung bình theo nhiệt độ khí nóng và khoảng cách phun, bảng so sánh nhiệt độ bề mặt giữa các hình dạng tấm tích nhiệt, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của phương pháp nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa khoảng cách phun khí: Khuyến nghị sử dụng khoảng cách phun khí 2mm để đạt hiệu quả gia nhiệt tối ưu, giúp tăng nhiệt độ bề mặt khuôn nhanh và đồng đều. Chủ thể thực hiện: kỹ sư thiết kế khuôn, thời gian áp dụng: ngay trong giai đoạn thiết kế khuôn mới.

2. Ưu tiên sử dụng tấm tích nhiệt hình tròn: Do phân bố nhiệt đồng đều và hiệu quả gia nhiệt cao hơn, nên thiết kế tấm tích nhiệt dạng tròn cho các khuôn phun ép sản phẩm thành mỏng. Chủ thể thực hiện: bộ phận sản xuất và thiết kế, timeline: áp dụng trong các dự án khuôn mới.

3. Ứng dụng phương pháp biến dạng cục bộ trong gia công tấm tích nhiệt: Khuyến khích sử dụng phương pháp này để giảm chi phí gia công, tăng độ chính xác và linh hoạt trong sản xuất tấm tích nhiệt. Chủ thể thực hiện: nhà máy gia công cơ khí, thời gian: dài hạn, kết hợp đào tạo kỹ thuật viên.

4. Phát triển hệ thống gia nhiệt khí nóng tự động hóa: Đề xuất nghiên cứu và phát triển hệ thống gia nhiệt khí nóng tích hợp tự động hóa để giảm thời gian chu kỳ ép và tăng năng suất. Chủ thể thực hiện: phòng R&D các công ty sản xuất máy ép phun, timeline: 1-2 năm.

5. Mở rộng nghiên cứu về vật liệu tấm tích nhiệt: Nghiên cứu thêm các vật liệu khác ngoài nhôm để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt và độ bền tấm tích nhiệt. Chủ thể thực hiện: viện nghiên cứu và doanh nghiệp, timeline: trung hạn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế khuôn phun ép: Luận văn cung cấp kiến thức về thiết kế tấm tích nhiệt và ứng dụng gia nhiệt khí nóng, giúp cải thiện hiệu quả gia nhiệt và chất lượng sản phẩm.

2. Nhà sản xuất máy ép phun và thiết bị gia nhiệt: Thông tin về phương pháp gia nhiệt khí nóng và mô phỏng nhiệt độ giúp phát triển sản phẩm mới, nâng cao tính cạnh tranh.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, công nghệ chế tạo máy: Tài liệu tham khảo thực tiễn về ứng dụng biến dạng cục bộ và công nghệ gia nhiệt khuôn, hỗ trợ nghiên cứu và giảng dạy.

4. Doanh nghiệp sản xuất nhựa và linh kiện điện tử: Áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm nhựa thành mỏng, giảm chi phí và tăng năng suất sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp biến dạng cục bộ là gì và có ưu điểm gì trong chế tạo tấm tích nhiệt?
   Phương pháp biến dạng cục bộ là kỹ thuật gia công kim loại bằng áp lực tạo hình chi tiết dạng tấm mỏng thông qua biến dạng dẻo cục bộ. Ưu điểm gồm giảm chi phí gia công, linh hoạt trong thiết kế, tạo mẫu nhanh và phù hợp sản xuất loạt nhỏ.

2. Gia nhiệt bằng khí nóng có lợi thế gì so với các phương pháp gia nhiệt khác?
   Gia nhiệt bằng khí nóng có tốc độ gia nhiệt nhanh (tăng nhiệt độ bề mặt khuôn trong 2 giây), linh hoạt vị trí gia nhiệt, hệ thống đơn giản và dễ tự động hóa, giúp rút ngắn chu kỳ ép phun so với gia nhiệt bằng nước hoặc điện trở.

3. Khoảng cách phun khí nóng ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả gia nhiệt?
   Khoảng cách phun khí càng nhỏ thì nhiệt độ bề mặt khuôn càng cao và phân bố nhiệt càng đồng đều. Khoảng cách 2mm được xác định là tối ưu trong nghiên cứu để đạt hiệu quả gia nhiệt tốt nhất.

4. Tại sao tấm tích nhiệt hình tròn có hiệu quả gia nhiệt cao hơn tấm hình chữ nhật?
   Hình dạng tròn giúp khí nóng tiếp xúc đều hơn trên bề mặt, giảm điểm nóng và lạnh, từ đó phân bố nhiệt đồng đều và nhiệt độ bề mặt cao hơn trung bình 8% so với tấm hình chữ nhật.

5. Làm thế nào để mô phỏng quá trình gia nhiệt khuôn phun ép?
   Quá trình gia nhiệt được mô phỏng bằng phần mềm ANSYS CFX, sử dụng mô hình truyền nhiệt đối lưu giữa khí nóng và bề mặt khuôn, giúp dự đoán phân bố nhiệt độ và tối ưu thiết kế tấm tích nhiệt trước khi thực nghiệm.

Kết luận

• Phương pháp biến dạng cục bộ hiệu quả trong chế tạo tấm tích nhiệt mỏng, giảm chi phí và tăng độ chính xác gia công.
• Gia nhiệt bằng khí nóng giúp tăng nhanh nhiệt độ bề mặt khuôn, rút ngắn thời gian chu kỳ ép phun so với phương pháp truyền thống.
• Khoảng cách phun khí 2mm và tấm tích nhiệt hình tròn là các yếu tố tối ưu cho hiệu quả gia nhiệt và phân bố nhiệt đồng đều.
• Kết quả mô phỏng ANSYS CFX phù hợp với thực nghiệm, chứng minh tính khả thi của phương pháp nghiên cứu.
• Đề xuất phát triển hệ thống gia nhiệt khí nóng tự động hóa và mở rộng nghiên cứu vật liệu tấm tích nhiệt trong tương lai.

Để nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên áp dụng kết quả nghiên cứu này trong thiết kế và vận hành khuôn phun ép. Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm thực tế quy mô lớn và phát triển hệ thống gia nhiệt khí nóng tích hợp tự động hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan chung 1. Công nghệ phun ép 1. Khái niệm về công nghệ ép phun Công nghệ ép phun là phương pháp gia công tạo sản phẩm bằng phương pháp gia nhiệt vật liệu nhựa đến một nhiệt độ thích hợp khi đó nhựa được chảy dẻo ra, và dưới một áp suất lớn được tạo ra bởi máy ép phun, nhựa chảy được phun ép thông qua hệ thống kênh dẫn vào lòng khuôn, và tiếp tục đùn ép cho đến khi nhựa chảy lỏng điền đầy khuôn thì dừng lại.

Sau đó khuôn được làm nguội và nhựa dẻo đông cứng lại. Sau đó mở khuôn, tiếp theo sản phẩm được đẩy ra khỏi lòng khuôn nhờ hệ thống đẩy. Đặc điểm của công nghệ ép phun Công nghệ ép phun là công nghệ phun nhựa nóng chảy được định lượng chính xác vào trong lòng khuôn đóng kín với áp lực cao, tốc độ nhanh và sau một thời gian ngắn sản phẩm được định hình, sản phẩm được lấy ra ngoài. Sau đó tiếp tục chu kỳ tiếp cho sản phẩm thứ hai.

Thời gian từ lúc đóng khuôn, phun nhựa, thời gian định hình sản phẩm, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, đóng khuôn lại gọi là chu kỳ của một lần ép sản phẩm. Ngoài những đặc điểm trên, công nghệ ép phun còn có những đặc điểm sau: • Sản phẩm gia công khá chính xác theo 3 chiều vì được tạo hình trong khuôn kín. • Quá trình nhựa hóa và tạo hình được thực hiện trong 2 giai đoạn riêng biệt, trong những bộ phận khác nhau của máy: nhựa hóa trong xylanh và tạo hình trong khuôn. • Quá trình tạo hình chỉ hình thành sau khi đóng kín hai nửa khuôn lại với nhau.

1 • Tùy theo loại nguyên liệu phun ép, mà chế độ nhiệt khác nhau. Đối với nhựa nhiệt dẻo thì nhiệt độ khuôn thấp hơn nhiệt độ nhựa lỏng. Đối với nhựa nhiệt rắn thì nhiệt độ khuôn cao hơn nhiệt độ nhựa lỏng. • Vùng tạo hình của khuôn được lấp đầy nguyên liệu thì khuôn mới chịu tác dụng lực của pittong đúc gián tiếp qua nhựa lỏng.

• Tùy theo hình dáng hay kích thước của sản phẩm mà chu kỳ ép thay đổi từ mấy giây đến mấy chục phút. • Gia công bằng công nghệ ép phun tiết kiệm được nguyên liệu, đồng thời công đoạn hoàn tất cũng tốn ít thời gian.  Ưu điểm: • Tạo ra những sản phẩm có hình dáng phức tạp tùy ý. • Tạo ra những sản phẩm có thể tích lớn với tốc độ cao.

• Trên cùng một sản phẩm hình dáng giữa mặt trong và mặt ngoài có thể khác nhau. • Khả năng tự động hóa và chi tiết có tính lặp lại cao. • Sản phẩm sau khi ép phun có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên không cần gia công lại. • Phù hợp cho sản xuất hàng khối và đơn chiếc.

 Nhược điểm: • Lợi nhuận của công nghiệp nhựa không cao. • Máy ép, thiết bị và các thiết bị phụ trợ đắt (chi phí cao). • Khó kiểm soát nhiệt độ, độ nhớt, áp suất trong quá trình ép phun. • Điều khiển quá trình khó khăn, máy móc không phải luôn hoạt động tốt.

Cấu tạo chung của máy ép phun Gồm 5 bộ phận: Hệ thống kẹp, hệ thống khuôn, hệ thống phun, hệ thống hỗ trợ ép phun, hệ thống điều khiển.1: Cấu tạo máy ép phun 1. Hệ thống kẹp Hệ thống kẹp có chức năng đóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm thoát khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép phun. Hệ thống này gồm các bộ phận: cụm đẩy của máy (machine ejectors), cụm kìm (clamp cylinders), tấm di động (moveable platen), tấm cố định (stationary platen) và các thanh nối (tie bars).2: Hệ thống kẹp 3 1. Hệ thống khuôn Các yếu tố cơ bản của khuôn: Hình 1.3: Khuôn sản phẩm.

Chức năng của các yếu tố cơ bản: 1. Vít lục giác: liên kết các tấm khuôn và tạo tính thẩm mỹ 2. Vòng định vị: định tâm giữa bạc cuống phun và vòi phun 3. Bạc cuống phun: dẫn nhựa từ máy ép phun vào các kênh dẫn nhựa 4.

Khuôn cái: tạo hình sản phẩm 5. Bạc định vị: đảm bảo vị trí tương quan giữa khuôn đực và khuôn cái 6. Tấm kẹp trước: giữ chặt phần cố định của khuôn vào máy ép nhựa 7 & 11. Vỏ khuôn cái và khuôn đực: thường được 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 8.

Chốt hồi: hồi hệ thống đẩy về vị trí ban đầu khi khuôn đóng 9. Khuôn đực: tạo hình cho sản phẩm 4 10. Chốt định vị: 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 rời khỏi khuôn. Tấm kẹp sau: giữ chặt phần di động của khuôn trên máy ép nhựa 17.

Gối đỡ phụ: tăng bền cho khuôn trong quá trình ép phun. Hệ thống phun Làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua quá trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy nhựa, phun nhựa lỏng vào khuôn và định hình sản phẩm. Hệ thống này có các bộ phận sau: Phễu cấp nhựa (hopper), khoang chứa nhựa (barrel), các vòng gia nhiệt (heater band), trục vít (screw), bộ hồi tự hở (non – return assembly), vòi phun (nozzle).4: Hệ thống phun 1. Hệ thống hỗ trợ ép phun Là hệ thống giúp vận hành máy ép phun.

Hệ thống này gồm 4 hệ thống con: thân máy (frame), hệ thống thủy lực (hydraulic system), hệ thống điện (electrical system), hệ thống làm nguội (cooling system).5: Các bộ phận của hệ thống hỗ trợ ép phun 1. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển giúp người vận hành máy theo dõi và điều chỉnh các thông số gia công như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, vận tốc và vị trí của trục vít, vị trí của các bộ phận trong hệ thống thủy lực. Hệ thống điều khiển giao tiếp với người vận hành qua bảng điều khiển (control panel) và màn hình máy tính (computer screen).6: Hệ thống điều khiển 1. Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng là phương pháp hoàn toàn mới, được chế tạo thử đầu tiên ở Việt Nam.

Phương pháp này thực hiện như sau: không khí được nén trong máy nén tạo áp lực, sau khi ra khỏi máy nén khí 6 được đi qua khối thép đã được nung nóng. Khí được nung nóng trong khối thép này, khi khí đi ra khỏi khối gia nhiệt được phun trực tiếp lên bề mặt khuôn để gia nhiệt bề mặt khuôn.  Ưu điểm của phương pháp này: • Gia nhiệt nhanh chóng, linh hoạt, nhiều vị trí. • Hệ thống đơn giản, và có thể tự động hóa.

 Nhược điểm: • Cần áp suất khí nén ổn định • Môi trường làm việc ồn ào • Tốn thời gian cho mỗi chu kì ép vì module cần phải di chuyển.7: Phương pháp gia nhiệt bằng khí 1. Phương pháp biến dạng tấm kim loại cục bộ Phương pháp biến dạng kim loại bằng áp lực, hay công nghệ biến dạng tạo hình là một phương pháp công nghệ vừa là công nghệ chuẩn bị - tạo phôi cho công nghệ cơ khí vừa là công nghệ tạo hình sản phẩm cuối cùng, không những cho phép tạo ra hình dáng, kích thước mà còn cho sản phẩm kim loại một chất lượng cao về 7 tính chất cơ – lý, tiết kiệm nguyên liệu, và cho năng suất lao động cao, từ đó hạ giá thành sản phẩm. Là dạng công nghệ duy nhất cùng lúc biến đổi hình dáng kích thước và tổ chức kim loại, nên chúng được ứng dụng khi yêu cầu chất lượng sản phẩm cao. Trải qua một thời gian phát triển lâu dài, ngành công nghệ kim loại mới được các nhà khoa học nghiên cứu lý thuyết, phân loại dựa trên các đặc điểm về gia công tạo hình.

Các công nghệ gia công áp lực cổ điển như: cán, Kéo, Ép, Rèn, Dập chiếm trên 80% tổng sản lượng các sản phẩm kim loại tấm và đang tiếp tục hoàn thiện công nghệ bảo đảm năng suất và chất lượng. Mặt khác, cùng với thế mạnh về công nghệ so với các phương pháp sản xuất cơ khí khác như dập vuốt, miết dựa trên sự biến dạng cục bộ từng phần của sản phẩm nên lực công nghệ yêu cầu nhỏ hơn rất nhiều, dẫn đến yêu cầu về trang thiết bị nhỏ gọn hơn do đó phù hợp với sản xuất loạt nhỏ, hay đơn chiếc.8: Tạo hình tấm bằng máy miếc đơn giản 1. Sản phẩm nhựa hiện nay rất đa dạng về mẫu mã, kích thước chủng loại, với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ như ngày nay sẽ có những yêu cầu về các chi tiết rất nhỏ phục vụ cho việc sản xuất các thiết bị linh kiện điện tử, chính thế 8 nên một trong những yêu cầu cấp thiết là chế tạo được các sản phẩm nhựa có kích thước dưới 1 mm để phục vụ co ngành sản xuất các thiết bị linh kiện điện tử, chip điện tử,v.v… Trong quá trình nhựa điền đầy khuôn với sản phẩm thành mỏng, những lớp nhựa tiếp xúc với thành của khuôn (bề mặt khuôn ở nhiệt độ thấp) sẽ đông lại.quá trình làm đông nhựa sẽ làm làm giảm áp lực của dòng chảy làm cho nhựa không điền đầy được lòng khuôn. Để khắc phục tình trạng trên ta cần tăng nhiệt độ lòng khuôn lên tối ưu giúp cho quá trình đông đặc lớp nhựa tiếp xúc với khuôn giảm mà không ảnh hưởng đến thời gian giải nhiệt trong một chu kỳ phun ép.

Có rất nhiều phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn như: gia nhiệt bằng chất lỏng, bằng điện, bằng khí nóng,… Phương pháp gia nhiệt bằng chất lỏng và nhiệt có nhiều ưu điểm nhưng có những khuyết điểm là: sau quá trình phun ép cần giải nhiệt với thời gian tương đối dài, yêu cầu kết cấu khuôn phức tạp. Với phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng có rất nhiều ưu điểm như có thể linh hoạt về vị trí, quá trình gia nhiệt nhanh với các thiết bị đơn giản nên có thể tự động hóa được.Trong quá trình chế tạo các thiết bị mô hình thử nghiệm gia giải nhiệt cho lòng khuôn có thành mỏng bằng khí nóng, quá trình tạo hình tấm gia nhiệt còn nhiều hạn chế. Nên em quyết định chọn đề tài: “ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG CỤC BỘ TRONG CHẾ TẠO TẤM TÍCH NHIỆT CHO KHUÔN PHUN ÉP CÓ SỬ DỤNG HỆ THỐNG GIA NHIỆT BẰNG KHÍ NÓNG” là vì: - Do nhận thấy phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng là một phương pháp mới trong việc gia nhiệt khuôn.