NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN VÀ NHIỆT ĐỘ NHỰA ĐẾN ĐỘ CONG VÊNH CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG TẤM

TÓM TẮT

 

Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm”. Đề tài nghiên cứu mẫu thử nhựa PP dạng tấm mỏng với kích thước 150 mm x 30 mm, với chiều dày từ 1.0 mm đến 2.5 mm, thời gian làm nguội 15 giây, thời gian điền đầy 1 giây, thời gian bão hòa 5 giây và áp suất bão hòa 100%, đã được mô hình hóavà mô phỏng với các giá trị nhiệt độ khuôn thay đổi từ 30^oC đến 90^oC và nhiệt độ nhựa thay đổi từ 200^oC đến 280^oC.Từ đó, tôi đã nghiêncứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm và đạt được những kết quả như sau:

• Khi nhiệt độ khuôn tăng từ 30 ^oC lên 90 ^oC, độ cong vênh sản phẩm không bị ảnh hưởng nhiều. Kết luận này tương tự cho các chiều dày khác nhau của mẫu thử. Do đó, phương pháp tăng nhiệt độ khuôn trong quá trình phun ép hoàn toàn có thể được sử dụng nhằm tăng khả năng điền đầy lòng khuôn trong các trường hợp sản phẩm dạng thành mỏng hoặc sản phẩm phức tạp. Tuy nhiên, thông số nhiệt độ khuôn chỉ được thay đổi trong khoảng cho phép của vật liệu nhựa. Nếu nhiệt độ khuôn quá cao sẽ dễ dẫn đến khuyết tật về bavia hoặc làm chậm thời gian giải nhiệt cho sản phẩm.
• Khi nhiệt độ nhựa tăng từ 200^oC đến 280^oC, độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm có sự thay đổi đáng kể. Kết quả này tương tự cho tất cả các chiều dày của mẫu thử. Do đó, phương pháp tăng nhiệt độ nhựa trong quá trình phun ép hoàn toàn có thể được sử dụng nhằm hạn chế độ cong vênh của các sản phẩm nhựa. Ngoài ra, với nhiệt độ nhựa cao, khả năng điền đầy lòng khuôn trong các trường hợp sản phẩm dạng thành mỏng hoặc sản phẩm phức tạp cũng được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, thông số nhiệt độ nhựa chỉ được thay đổi trong khoảng cho phép của vật liệu nhựa. Nếu nhiệt độ nhựa quá cao sẽ dễ dẫn đến khuyết tật về bavia hoặc làm chậm thời gian giải nhiệt cho sản phẩm.
• Thông qua nghiên cứu này, chiều dày của sản phẩm có ảnh hưởng lớn đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm. Khi tăng chiều dày từ 1.0 mm đến 2.5 mm, độ cong vênh đã giảm từ 1.59 mm xuống 0.27 mm. Do đó, chiều dày sản phẩm cũng là một thông số quan trọng, cần được quan tâm trong quá trình thiết kế các sản phẩm nhựa.

Thông qua quá trình đo kiểm thực tế, độ chính xác của các kết quả mô phỏng đã được kiểm chứng. Các kết quả so sánh giữa thí nghiệm và mô phỏng cho thấy quá trình mô phỏng có thể dự đoán khá chính xác độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm.Do đó, trong quá trình sản xuất, công cụ mô phỏng hoàn toàn có khả năng ứng dụng trong thực tế nhằm dự đoán trước mức độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm, từ đó, nhà sản xuất sẽ có các giải pháp khắc phục hoặc hạn chế độ cong vênh của sản phẩm.

         

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa                                          

LÝ LỊCH KHOA HỌC.. i

LỜI CAM ĐOAN.. iii

CẢM TẠ.. iv

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT.. xi

Chương 1: TỔNG QUAN.. 1

1.1.         Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố  1

1.1.1           Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài1

1.1.2           Tình hình nghiên cứu ở trong nước.2

1.2.         Mục đích của đề tài.3

1.3.         Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài.3

1.4.         Phương pháp nghiên cứu.5

1.4.1           Tiến hành thực hiện mô phỏng trên Moldflow 2010.5

1.4.2           Tiến hành thí nghiệm:6

Chương 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT.. 7

2.1          Vật liệu nhựa.7

2.1.1           Phân loại vật liệu nhựa. 7

2.1.1.1       Phân loại theo tính chất7

2.1.1.2       Phân loại theo ứng dụng. 7

2.1.1.3       Phân loại theo cấu tạo hóa học. 8

2.1.2           Một số loại nhựa thông dụng. 8

2.1.3           Các thông số gia công của vật liệu nhựa. 14

2.2          Cong vênh. 18

2.2.1           Hiện tượng co rút, cong vênh của sản phẩm nhựa. 19

2.2.1.1.      Lý thuyết20

2.2.1.2.      Thực tế và các ứng dụng. 22

2.2.1.3.      Thông số phun ép và độ co rút:23

2.2.2           Công thức tính kích thước khuôn dựa vào độ co rút27

2.2.3           Nhiệt độ khuôn. 30

2.2.4           Áp Suất30

Chương 3: KỸ THUẬT MÔ PHỎNG CAE.. 32

3.1.         Tổng quan về CAE.32

3.1.1.          Khái niệm về thuật ngữ CAE.32

3.1.2.          Những ưu điểm và ứng dụng của CAE.32

3.2.         Giới thiệu phần mềm CAE Moldflow Plastics Insight.34

3.2.1.          Trình tự phân tích, tối ưu hóa thiết kế bằng Moldflow Plastics Insight.                36

3.2.2.          Phân tích quá trình điền đầy nhựa vào khuôn.36

3.2.3.          Tối ưu hóa thời gian làm nguội38

3.2.4.          Tối ưu hóa thời gian định hình (bão áp).40

3.2.5.          Phân tích, dự đoán những khuyết tật có thể có trên sản phẩm.42

3.3.         Các quá trình phân tích CAE cơ bản ứng dụng Moldflow Plastics Insight 2010 cho mẫu thử cong vênh.44

3.3.1           Trình tự thao tác trên phần mềm.44

3.3.2           Xác định thông số ép phun.49

3.3.3           Quá trình phân tích kết thúc và xem kết quả phân tích trên phần mềm.              50

3.4          Thông số máy ép phun.50

3.5  Đặc tính nhựa ép phun Polypropylene (PP).51

3.6          Các quá trình phân tích cơ bản. 53

3.6.1           Quá trình điền đầy. 53

3.6.2           Áp suất phun.55

3.6.3           Nhiệt độ khuôn.56

3.6.4           Thời gian điền đầy hoàn toàn.58

3.6.5           Nhiệt độ dòng nhựa khi đã điền đầy hoàn toàn.59

3.6.6           Nhiệt độ sản phẩm sau khi đã làm nguội trong khuôn.60

3.6.7           Cong vênh.61

3.7          Phương pháp đo sản phẩm sau khi ép mẫu.61

Chương 4:ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHUÔN VÀ NHIỆT ĐỘ NHỰA ĐẾN ĐỘ CONG VÊNH CỦA SẢN PHẨM NHỰA DẠNG TẤM... 63

4.1.         Mô phỏng độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm.. 63

4.1.1           Khi thay đổi nhiệt độ khuôn từ 30 ^oC đến 90^oC.. 63

4.1.1.1       Đo Theo chiều rộng. 63

4.1.1.2       Đo Theo chiều dài:65

4.1.2           Khi thay đổi nhiệt độ nhựa từ  200 đến 280^oC :67

4.2.         Kết quả thực nghiệm của sản phẩm mẫu thử.72

4.2.1           So sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm của nhiệt độ khuôn 40^oC và nhiệt độ nhựa 200^oC nhựa PP.72

4.2.1.1       So sánh kết quả cong vênh theo chiều dày (đo theo chiều dài).... .. 72

4.2.1.2       So sánh kết quả cong vênh theo chiều dày(đo theo chiều rộng)... .. 73

4.2.2           So sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm của sản phẩm có bề dày 2.5 mm khi thay đổi nhiệt độ nhựa từ 200^oC lên 280^oC.75

4.2.2.1       So sánh kết quả cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài).                  75

4.2.2.2       So sánh kết quả cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 2.5mm).76

4.2.3           So sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiêm của sản phẩm có bề dày 1 mm khi thay đổi nhiệt độ nhựa từ 200^oC lên 280^oC.78

4.2.3.1       So sánh kết quả cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài).                  78

4.2.3.2       So sánh kết quả cong vênh theo chiều rộng.79

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.. 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 83

 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

 

Ký hiệu	Diễn giải
ABS    :	Acrylonitrile-Butadiene-Styrene
MF      :	Melamine- formaldehyde
P          :	Áp suất phun
PA       :	Polyamide
PA6     :	Polyamide(Nylon) 6
PA 66  :	Polyamide (Nylon) 66
PBT     :	Poly butylene terephthalate
PE       :	Polyethylene
PF        :	Phenol-formaldehyde
PEHD  :	Polyethylene high density
PELD  :	Polyethylene low density
PET     :	Polyethylene terephthalate
PMMA:	Polymethyl methacrylate
PC       :	Polycarbonate
POM	Polyoxymethylene hoặc  polyformaldehyde
PP       :	Polypropylene
PPO    :	Polyphenylene-oxide
PPS     :	Polyphenylene -sulfide
PS       :	Polystyrene
PU      :	Polyyretan
PVC    :	Polyvinyl chloride
SPMT :	Sản phẩm mẫu thử
T         :	Nhiệt độ nhựa
V        :	Thể tích nhựa

 

 

 

                        DANH MỤC HÌNH ẢNH

 

HÌNH                                                             Trang

Hình 1.1: Kết quả mô phỏng độ cong vênh của sản phẩm dạng tấm.. 4

Hình 1.2: Đo độ cong vênh của sản phẩm.. 5

Hình 2.1: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa PP.9

Hình 2.2: Bình đun nước. 10

Hình 2.3: Khay đựng thuốc. 11

Hình 2.4: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa PC   12

Hình 2.5: Cong vênh theo chiều dài của sản phẩm.. 18

Hình 2.6: Ảnh hưởng của các thông số ép đến độ co rút nhựa.19

Hình 2.7: Mối quan hệ giữa áp suất, nhiệt độ và thể tích của nhựa. 20

Hình 2.8: Sản phẩm dạng phẳng có thể bị cong vênh sau quá trình ép phun vì độ dày không đồng đều nhau.25

Hình 2.9: Khuôn của nắp ly cà phê, co rút là điều cần thiết để kéo mấu theo hướng của mũi tên theo một góc thích hợp.26

Hình 2.10:  Một số mặt cắt ngang cho thấy sự co rút không đồng đều, kết quả là tạo ra vết lõm và khoảng trống: Mặt cắt A, có cả vết lõm và khoảng trống tại nơi hai thành giao nhau; Mặt cắt B, lõi ở giữa sẽ ngăn được vết lõm và khoảng trống; Mặt cắt C vết lõm tại nơi giao nhau của gân; Mặt cắt D, khoảng trống tại nơi giao nhau của gân; Mặt cắt E, chiều dày gân tăng cứng tỷ lệ với các vết lõm.27

Hình 2.11: Độ co rút theo trục và theo hướng tâm được thể hiện theo chiều dòng chảy nhựa.28

Hình 2.12: Để tránh tốn thêm chi phí cho viêc tăng thêm đường kính trục  D (hình trái), các nhà thiết kế đã tính toán co rút bằng cách tăng đường kính D_p (hình phải). Vì vậy chỉ cần tính toán sao cho đúng với đường kính trục.29

Hình 2.13: Để đảm bảo khoảng cách giữa các lỗ, thường là các trục hình (a) bằng cách ta mở rộng đường kính lỗ nằm trong vùng hệ số co rút cho phép của vật liệu hình (b)  30

Hình 3.1: Vai trò của CAE trong quy trình thiết kế - chế tạo khuôn ép phun  33

Hình 3.2: Giao diện phần mềm Moldflow 2010. 34

Hình 3.3: Kết quả phân tích thời gian phun trong MPI35

Hình 3.4: Qui trình phân tích tổng quát trong Moldflow Plastic Insight36

Hình 3.5:  Định chế độ công nghệ cho quá trình ép phun. 37

Hình 3.6: Phân tích quá trình điền đầy nhựa vào khuôn. 38

Hình 3.7: Qui trình tối ưu hóa thời gian làm nguội39

Hình 3.8: Qui trình tối ưu hóa thời gian bảo áp. 41

Hình 3.9: Sơ đồ khắc các phương pháo khắc phục biến dạng, cong vênh. 42

Hình 3.10: Khảo sát và khắc phục biến dạng, cong vênh. 43

Hình 3.11:Trình tự nhập mô hình phân tích. 44

Hình 3.12: Chia lưới tự động mô hình sản phẩm.. 45

Hình 3.13: Chi tiết sau khi chia lưới45

Hình 3.14: Chọn phương pháp ép phun.46

Hình 3.15: Chọn vấn đề phân tích.46

Hình 3.16: Bảng chọn vật liệu nhựa. 47

Hình 3.17: Chọn vị trí đặt miệng phun.48

Hình 3.18: Đường nước làm nguội khuôn.48

Hình 3.19: Xác định thông số ép. 49

Hình 3.20:  Xác định thông số ép.49

Hình 3.21: Một kết quả phân tích trên phần mềm.50

Hình 3.22: Giản đồ quan hệ giữa áp suất – thể tích - nhiệt độ (PVT) của nhựa PP  53

Hình 3.23: Áp suất điền đầy cần thiết.55

Hình 3.24: Nhiệt độ khuôn. 57

Hình 3.25: Thời gian điền đầy hoàn toàn. 58

Hình 3.26: Nhiệt độ nhựa khi đã điền đầy.59

Hình 3.27: Nhiệt độ chi tiết tại thời điểm kết thúc quá trình làm nguội trong khuôn  60

Hình 3.28: Kiểm tra cong vênh.61

Hình 3.29: Máy đo 3D CMM.61

Hình 3.30: Đo mẫu thử. 62

 

 

Hình 4.1: Biểu đồ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn ứng với chiều rộng.64

Hình 4.2: Độ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn theo chiều dài.65

Hình 4.3: Biểu đồ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ nhựa ứng với chiều rộng.67

Hình 4.4: Biểu đồ cong vênh theo bề dày khi thay đổi nhiệt độ nhựa ứng với chiều dài.69

Hình 4.5: Ứng suất dư của sản phẩm mẫu thử có bề dày 1.0 mm.70

Hình 4.6: Ứng suất dư của sản phẩm mẫu thử có bề dày 1.5mm.70

Hình 4.7: Ứng suất dư của sản phẩm mẫu thử có bề dày 2.0 mm.71

Hình 4.8: Ứng suất dư của sản phẩm mẫu thử có bề dày 2.5 mm.71

Hình 4.9: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo chiều dày (đo theo chiều dài).72

Hình 4.10: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo chiều dày (đo theo chiều rộng).74

Hình 4.11: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài của mẫu 2.5 mm).75

Hình 4.12: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm với nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 2.5mm).77

Hình 4.13: Biểu đồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm đo theo chiều dài của mẫu 1 mm.78

Hình 4.14: Biểuđồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 1 mm).79

 

DANH MỤC BẢNG BIỂU

 

BẢNGTrang

Bảng 1.1: Thông số phun ép của nhựa Polypropylene (PP). 3

Bảng 2.1: Thông số vật liệu nhựa PP. 8

Bảng 2.3:Thông số vật liệu nhựa PC.. 11

Bảng 2.5: Nhiệt độ gia công một số chất dẻo 15

Bảng 2.6: Nhiệt độ phá hủy của một số chất dẻo. 15

Bảng 2.7:  Độ co rút của một số vật liệu. 16

Bảng 2.8: Chiều dày thành sản phẩm nhựa. 17

Bảng 3.1: Thông số máy phun ép. 51

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật nhựa PP trong ép phun. 52

Bảng 3.3: Thông số kết quả dữ liệu phân tích quá trình điền đầy.54

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của máy đo 3D CMM... 62

Bảng 4.1: Kết quả mô phỏng cong vênh  theo chiều dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn (đo theo chiều rộng).63

Bảng 4.2: Kết quả  mô phỏng cong vênh theo chiều dày khi thay đổi nhiệt độ khuôn (đo theo chiều dài).65

Bảng 4.3: Kết quả  mô phỏng cong vênh  theo chiều dày khi thay đổi nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng).67

Bảng 4.4: Kết quả  mô phỏng cong vênh theo chiều dày, khi thay đổi nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài).68

Bảng 4.5: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo chiều dày (đo theo chiều dài).72

Bảng 4.6: Kết quả môt phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo chiều dày (đo theo chiều rộng).73

Bảng 4.7: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều dài của mẫu 2.5 mm). 75

Bảng 4.8: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 2.5 mm).76

Bảng 4.9: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh đo theo chiều dài của mẫu 1 mm.78

Bảng 4.10: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm về độ cong vênh theo nhiệt độ nhựa (đo theo chiều rộng của mẫu 1 mm).79

Chương 1

TỔNG QUAN

 

1.1.  Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố

1.1.1       Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Có rất nhiều công trình đã được nghiên cứu ở nước ngoài về biến dạng của sản phẩm nhựa cụ thể như sau:

1. Trong nghiên cứu của Shia - Chung Chen , Ying Chang, Tsung-Hai Chang, Rean-Der Chien đã trình bày ảnh hưởng của việc sử dụng xung làm mát khuôn để điều khiển nhiệt độ khuôn cho nhựa điền đầy trên các rãnh nhỏ chính xác.

Việc làm mát khuôn bằng xung tuần hoàn nước làm mát, thường được dừng lại trong quá trình điền đầy sản phẩm vào khuôn và thời gian đóng mở khuôn.Điều này dẫn đến kết quả là,khi gia tăng nhiệt độ bề mặt khuôn thì có thể thay đổi chất lượng điền đầy sản phẩm tạo ra sựtương quan giữa nhiệt độ khuôn và khả năng điền đầy.Như vậy, tác giả đã chứng minh được khả năng điền đầy của sản phẩm càng cao khi tăng nhiệt độ khuôn trong quá trình ép phun.

1. W. B. Young, A. Chen, Injection-Compression Molded Part Shrinkage Uniformity Comparison between Semicrystalline and Amorphous Plastics, Transactions of the Aeronautical and Astronautical Society of the Republic of China, 34(1)39-44 (2006). 

Thông qua phương pháp mô phỏng, Young đã tìm hiểu ảnh hưởng của điều kiện phun ép đến ứng suất dư và quá trình co rút của sản phẩm nhựa sau khi được lấy ra khỏi khuôn.Với nghiên cứu này, Young đã dùng sản phẩm phun ép là thấu kính có chiều dày lớn.Trên kết quả nghiên cứu này, Young kết luận rằng nhiệt độ khuôn là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ co rút của thấu kính.

1.1.2       Tình hình nghiên cứu ở trong nước

            Hiện nay, tại các công ty nhựa trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh – Việt nam, các kỹ sư đã bắt đầu tiếp cận phương pháp mô phỏng và bước đầu có thể dự đoán trước các khuyết tật của sản phẩm nhựa nhằm có phương án giải quyết thích hợp. Một trong số các khuyết tật thường gặp tại Việt Nam là độ cong vênh của sản phẩm vượt quá giới hạn cho phép, để hạn chế cong vênh, các công ty đã bước đầu tiếp cận kỹ thuật mô phỏng dòng chảy và mô phỏng quá trình giải nhiệt của khuôn.Trong nhiều khuôn khổ các đề tài nghiên cứu khoa học gần đây, quá trình giải nhiệt của khuôn thường được quan tâm. Tuy nhiên, quá trình co rút và cong vênh sản phẩm nhựa thường bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố phun ép như vật liệu nhựa, chất phụ gia, các thông số về áp suất, thời gian,…thì vẫn chưa được nghiên cứu nhiều.

Mặt khác, trong quá trình sản xuất, bước xác định nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa chỉ được hiểu và thực hiện theo các thông số hướng dẫn của nhà sản xuất với xu hướng chọn nhiệt độ nhựa thật cao để đạt mục tiêu quan trọng nhất là điền đầy càng nhiều lòng khuôn càng tốt, nhằm nâng cao sản lượng. 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 chưa cao, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng gia dụng. Ngược lại, với các quy trình phun ép đang được ứng dụng tại nước ngoài, lựa chọn nhiệt độ nhựa tối ưu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.

Nhìn chung, nếu nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa thích hợp, quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn 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 khuôn và nhiệt độ nhựa quá cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài, và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian,chi phí sản xuất cũng sẽ gia tăng. Ngoài ra, vật liệu nhựa có thể bị phân hủy do hiện tượng quá nhiệt. Ngược lại, nếu nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa quá thấp, độ nhớt của nhựa nóng chảy sẽ tăng cao, gây khó khăn cho quá trình điền đầy lòng khuôn.

Qua các phân tích nêu trên chúng tôi nhận thấy, hiện tượng co rút và cong vênh là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng và khả năng làm việc của sản phẩm phun ép nhựa. Mặc dù có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ co rút sản phẩm như vật liệu, thông số phun ép, thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn… nhưng ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa vẫn chưa được nghiên cứu nhiều và trong thực tế sản xuất, phương pháp lựa chọn theo kinh nghiệm vẫn phải được sử dụng. Từ thực tế đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu chi tiết hơn về nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa.Các kết quả nghiên cứu về quá trình cong vênh sẽ được tổng hợp và so sánh thông qua phương pháp thí nghiệm và phương pháp mô phỏng với phần mềm Moldflow 2010.

1.2.  Mục đích của đề tài.

Nghiên cứu được sự ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nhựa, đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm thông qua phương pháp mô phỏng và thực nghiệm.

1.3.  Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài.

Trong nghiên cứu này, nhựa Polypropylene (PP) sẽ được sử dụng trong quá trình thí nghiệm và mô phỏng với các thông số phun ép được trình bày như Bảng 1.1.Quá trình mô phỏng với phần mềm Moldflow 2010 sẽ được tiến hành thông qua mô hình mô phỏng có 7658 phần tử.Các kích thước của hệ thống kênh dẫn nhựa được mô hình hóa như tấm khuôn thực.Sau khi quá trình mô phỏng kết thúc, kết quả về độ cong vênh được thể hiện như Hình 1.1.Các kết quả này sẽ được tổng hợp và so sánh với thực nghiệm.

 

 

Bảng 1.1: Thông số phun ép của nhựa Polypropylene (PP)

Thông số phun ép
Nhiệt độ nhựa	180 -2900C
Nhiệt độ khuôn	10.0 - 95.00C
Tốc độ phun	80 - 240 mm/s
Nhiệt độ sấy	70.0 - 93.30C
Thời gian sấy	2.0 -3.0 giờ
Độ ẩm cho phép	0.010 - 0.150 %
Áp suất phun	4.14 - 130 MPa

 

Hình 1.1:Kết quả mô phỏng độ cong vênh của sản phẩm dạng tấm.

Trong quá trình thí nghiệm nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nhựa nóng chảy được điều chỉnh ở 200^oC; thời gian điền đầy khuôn: 1 giây, thời gian định hình: 5 giây, Áp suất phun và áp suất định hình được điều chỉnh ở 100 MPa, và thời gian giải nhiệt là 15 giây. Với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa, các sản phẩm phun ép dạng tấm hình chữ nhật được thiết kế với kích thước 30 mm x 150 mm, và chiều dày thay đổi từ 1.0 mm; 1.5 mm; 2.0 mm; và  2.5mm. Ngoài ra, trong quá trình phun ép, với sự hỗ trợ của thiết bị điều khiển nhiệt độ khuôn bằng nước, với mỗi loại chiều dày của sản phẩm, các mức nhiệt độ khuôn sẽ được tiến hành thí nghiệm: 30^oC; 40 ^oC; 50^oC; 60 ^oC; 70^oC;80^oC; và 90^oC. Ứng với mỗi trường hợp nhiệt độ khuôn, 20 chu kỳ phun ép sẽ được tiến hành ép thử nhằm đảm bảo hệ thống đạt được trạng thái ổn định. Sau đó, 10 chukỳ kế tiếp sẽ được tiến hành thu thập các mẫu cho quá trình đo độ cong vênh. Độ cong vênh của sản phẩm được tiến hành đo như Hình 1.2. Ứng với mỗi loại nhiệt độ khuôn và chiều dày sản phẩm, 10 mẫu sẽ được đo, và giá trị trung bình của các lần đo sẽ được sử dụng nhằm so sánh và phân tích với các trường hợp khác.

Hình 1.2:  Đo độ cong vênh của sản phẩm

Tương tự, trong quá trình thí nghiệm nhiệt độ nhựa, nhiệt độ khuôn được điều chỉnh ở 40 ^oC, thời gian điền đầy khuôn là 1s, thời gian định hình là 5s, áp suất phun và áp suất định hình được điều chỉnh ở 100 MPa, và thời gian giải nhiệt là 15s. kích thước sản phẩm giống như thí nghiệm về nhiệt độ khuôn. Ngoài ra, trong quá trình phun ép, với mỗi loại chiều dày của sản phẩm, các mức nhiệt độ nhựa sau sẽ được tiến hành thí nghiệm: 200 ^oC, 220^oC, 240 ^oC, 260 ^oC và 280 ^oC. Ứng với mỗi trường hợp nhiệt độ nhựa, 20 chu kỳ phun ép sẽ được tiến hành ép thử nhằm đảm bảo hệ thống đạt được trạng thái ổn định. Sau đó, 10 chu kỳ kế tiếp sẽ được tiến hành thu thập các mẫu cho quá trình đo độ cong vênh. Độ cong vênh của sản phẩm được tiến hành đo như Hình 1.2. Ứng với mỗi loại nhiệt độ nhựa và chiều dày sản phẩm, 10 mẫu sẽ được đo, và giá trị trung bình của các lần đo sẽ được sử dụng nhằm so sánh và phân tích với các trường hợp khác

........................................

Hình 4.14:Biểuđồ so sánh độ cong vênh giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo nhiệt độ nhựa(đo theo chiều rộng của mẫu 1 mm).

 

 

Nhận xét:

Độ cong vênh giữa mô phỏng và thực nghiệm đều có chiều hướng giảm dần khi tăng nhiệt độ nhựa từ 200^oC đến 280^oC. Tuy nhiên, tại nhiệt độ nhựa 280^oC độ cong vênh giữa mô phỏng và thực tế thay đổi không nhiều, thay đổi từ 0.376 mm đến 0.410 mm.

Khi tăng nhiệt độ nhựa từ 200^oC đến 280^oC, độ cong vênh của sản phẩm khi thực nghiệm cao hơn khi mô phỏng. Tuy nhiên, cao hơn không nhiều và gần bằng nhau tại nhiệt độ nhựa 280^oC.

Hình 4.14 cho thấy kết quả giữa mô phỏng và thực nghiêm thay đổi không đáng kể.Như vậy mô phỏng cho ta được một kết quả về độ cong vênh gần đúng với thực tế.

 

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

• Kết luận:

  Qua quá trình nghiên cứu, đề tài đạt được các kết quả như sau:

• Khi nhiệt độ khuôn tăng từ 30 ^oC lên 90 ^oC, độ cong vênh sản phẩm không bị ảnh hưởng nhiều. Kết luận này tương tự cho các chiều dày khác nhau của mẫu thử. Do đó, phương pháp tăng nhiệt độ khuôn trong quá trình phun ép hoàn toàn có thể được sử dụng nhằm tăng khả năng điền đầy lòng khuôn trong các trường hợp sản phẩm dạng thành mỏng hoặc sản phẩm phức tạp. Tuy nhiên, thông số nhiệt độ khuôn chỉ được thay đổi trong khoảng cho phép của vật liệu nhựa. Nếu nhiệt độ khuôn quá cao sẽ dễ dẫn đến khuyết tật về bavia hoặc làm chậm thời gian giải nhiệt cho sản phẩm.
• Khi nhiệt độ nhựa tăng từ 200 ^oC đến 280^oC, độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm có sự thay đổi đáng kể. Kết quả này tương tự cho tất cả các chiều dày của mẫu thử. Do đó, phương pháp tăng nhiệt độ nhựa trong quá trình phun ép hoàn toàn có thể được sử dụng nhằm hạn chế độ cong vênh của các sản phẩm nhựa. Ngoài ra, với nhiệt độ nhựa cao, khả năng điền đầy lòng khuôn trong các trường hợp sản phẩm dạng thành mỏng hoặc sản phẩm phức tạp cũng được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, thông số nhiệt độ nhựa chỉ được thay đổi trong khoảng cho phép của vật liệu nhựa. Nếu nhiệt độ nhựa quá cao sẽ dễ dẫn đến khuyết tật về bavia hoặc làm chậm thời gian giải nhiệt cho sản phẩm.
• Thông qua nghiên cứu này, chiều dày của sản phẩm có ảnh hưởng lớn đến độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm. Khi tăng chiều dày từ 1.0 mm đến 2.5 mm, độ cong vênh đã giảm từ 1.59 mm xuống 0.27 mm. Do đó, chiều dày sản phẩm cũng là một thông số quan trọng, cần được quan tâm trong quá trình thiết kế các sản phẩm nhựa.
• Thông qua quá trình đo kiểm thực tế, độ chính xác của các kết quả mô phỏng đã được kiểm chứng. Các kết quả so sánh giữa thí nghiệm và mô phỏng cho thấy quá trình mô phỏng có thể dự đoán khá chính xác độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm. Do đó, trong quá trình sản xuất, công cụ mô phỏng hoàn toàn có khả năng ứng dụng trong thực tế nhằm dự đoán trước mức độ cong vênh của sản phẩm nhựa dạng tấm, từ đó, nhà sản xuất sẽ có các giải pháp khắc phục hoặc hạn chế độ cong vênh của sản phẩm.

 

• Hướng phát triển của đề tài

Để hoàn thiện và phát triển đề tài tốt hơn, một số hướng nghiên cứu có thể được thực hiện:

vTiếp tục mô phỏng các thông số phun ép khác như:

• Áp suất khi phun ép.
• Thời gian làm nguội cho sản phẩm....

vẢnh hưởng của vật liệu và chất phụ gia đối với chất lượng sản phẩm.