TÓM TẮT Nghiên cứu phân tích truyền nhiệt cho khuôn ép nhựa để giảm thiểu sự biến dạng của sản phẩm
TÓM TẮT
Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều công trình tối ưu hóa nhiệt độ khuôn như: nghiên cứu mô phỏng đáp ứng nhiệt độ và tối ưu hóa cấu trúc khuôn cho quá trình gia nhiệt khuôn nhanh, điều khiển nhiệt độ khuôn bằng màng tế vi trong quá trình ép phun. Trong nước nhiều công trình đã được thực hiện liên quan đến nhiệt độ bao gồm: thiết kế kênh dẫn nóng cho khuôn ép nhựa, gia nhiệt cho tấm khuôn bằng điện trở.
Tuy nhiên nghiên cứu phân tích truyền nhiệt trong khuôn hiện tại chưa nhiều. Do đó, đề tài “nghiên cứu phân tích truyền nhiệt cho khuôn ép nhựa để giảm thiểu sự biến dạng của sản phẩm” là cần thiết.
Mục đích của đề tài là thiết kế - mô phỏng quá trình hoạt động cấp nhiệt và giải nhiệt bằng nước cho tấm khuôn dương vật liệu thép, với sự hỗ trợ của phần mềm CREO Parametric 2.0 và ANSYS CFX.
Kết quả đạt được của đề tài là thực hiện thành công bài mô phỏng truyền nhiệt trong khuôn ép nhựa sử dụng hệ thống nước để gia nhiệt và làm nguội lòng khuôn; đánh giá xu hướng và sự biến đổi nhiệt độ trong khuôn; đánh giá sai số và cách hạn chế sai số khi thực hiện mô phỏng; Mô phỏng truyền nhiệt trong khuôn của một số sản phẩm khác.
ABSTRACT
Nowadays, there are many researches to optimize the mold temperature in the world such as: research of thermal response simulation and mold structure optimization for rapid heating process, control mold temperature by micro membrane in the injection molding process. In Vietnam, many scientific projects have been done concerning with mold temperature includes: designing hot channels for plastic injection molding, heating mold by thermo-resistance.
However, the analysis of heating in molding is not enough for reference. Therefore, project: “analysis of heattransfer in plastic injection molding to minimize the distortion of product” is necessary.
The purpose of this project is designing- simulating process heating and cooling with water for penis mold steel plate, with the support CREO Parametric 2.0 and ANSYS CFX software.
The result of the project is successfully implementingin heat transfer in plastic injection molding simulation using water system for heating and cooling cavity; evaluating tendency and temperature change in mold; evaluating deviation and limiting deviation when implementing simulation; simulating of heat transfer in mold of other products.
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC.. i
LỜI CAM ĐOAN.. ii
LỜI CẢM ƠN.. iii
TÓM TẮT. iv
MỤC LỤC.. vi
DANH MỤC HÌNH.. xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU.. xiv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. xv
Chương 1. TỔNG QUAN.. 1
1.1 Giới thiệu chung. 1
1.2. Mục đích của đề tài2
1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài2
1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài2
1.3.2. Giới hạn của đề tài2
1.4. Phương pháp nghiên cứu. 2
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 3
2.1. Thiết bị trong công nghệ ép phun [1]. 3
2.1.1. Máy ép. 3
2.1.2. Khuôn ép. 3
2.2. Phân loại khuôn ép phun [1]. 4
2.3. Sơ lược về chu trình ép phun [1]. 5
2.4. Các khuyết tật khi ép [10]. 5
2.5. Các thông số ép [1]. 7
2.5.1. Nhiệt độ. 7
2.5.1.1. Nhiệt độ nhựa. 7
2.5.1.2. Nhiệt độ khuôn. 8
2.5.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ. 9
2.5.1.4. Một số khuyết tật do nhiệt độ gây ra. 10
2.5.2. Vận tốc. 10
2.5.2.1. Vận tốc phun. 10
2.5.2.2. Vận tốc quay trục vít12
2.5.2.3. Vận tốc đóng mở khuôn. 13
2.5.3. Áp suất13
2.5.3.1. Áp suất phun. 13
2.5.3.2. Áp suất giữ. 14
2.5.3.3. Áp suất kẹp. 14
2.5.3.4. Áp suất ngược. 15
2.5.4. Thời gian. 15
2.5.4.1. Thời gian phun. 15
2.5.4.2. Thời gian làm nguội16
2.5.5. Khoảng đẩy. 17
2.6. Ưu, nhược điểm của công nghệ ép phun. 18
2.6.1. Ưu điểm.. 18
2.6.2. Nhược điểm.. 18
Chương 3. CHIA LƯỚI TRONG PHẦN MỀM ANSYS ICEM CFD.. 19
3.1. Lưới Tetra [2]. 19
3.1.1. Giới thiệu. 19
3.1.2. Ưu điểm của lưới Tetra. 20
3.1.3. Các bước tạo lưới Tetra. 20
3.1.3.1. Chỉnh sửa hình học đối tượng. 21
3.1.3.2. Quy định chi tiết hình học. 22
3.1.3.3. Kích thước trên các đường/ mặt23
3.1.3.4. Chia lưới bên trong những góc hay những khoảng trống nhỏ giữa đối tượng. 24
3.1.3.5. Các tính năng quan trọng trong bộ chia lưới Tetra. 24
3.2. Lưới Prism [2]. 25
3.2.1. Giới thiệu. 25
3.2.2 Các vấn đề khi tạo lưới Prism.. 26
3.2.3. Ưu điểm của lưới Prism.. 27
3.2.4. Các bước chuẩn bị để tạo lưới Prism.. 27
3.3. Lưới Hexa [2]. 28
3.3.1. Giới thiệu. 28
3.3.2. Ưu điểm của lưới Hexa. 28
3.3.3. Một số tính năng nâng cao của lưới Hexa. 29
3.3.4. Các bước tạo lưới Hexa. 30
3.3.5. Kiểm tra chất lượng lưới Hexa. 31
3.4. Ví dụ tạo lưới Hexa cho một ống 3D.. 33
3.4.1. Các bước chuẩn bị33
3.4.2. Các bước tiến hành. 35
Chương 4. ỨNG DỤNG ANSYS ĐỂ PHÂN TÍCH TRUYỀN NHIỆT TRONG KHUÔN, SỬ DỤNG NƯỚC ĐỂ GIA NHIỆT VÀ LÀM NGUỘI51
4.1. Tổng quan về phần mềm Ansys CFD [2]. 51
4.2. Tổng quan về phân tích CFX [2]. 53
4.3. Tổng quan về truyền nhiệt [2]. 54
4.4. Các bước thực hiện một phân tích CFX.. 54
4.5. Ứng dụng ANSYS CFX để phân tích truyền nhiệt trong khuôn, sử dụng nước để gia nhiệt và làm nguội [1]. 56
4.5.1. Chuẩn bị mô hình CAD.. 56
4.5.2. Geometry. 58
4.5.3. Mesh. 59
4.5.4. Setup. 63
4.5.4.1. Xác định vật liệu sử dụng. 64
4.5.4.2. Xác định phương trình nhiệt độ dòng chảy của nước. 65
4.5.4.3. Xác định Domain (vùng làm việc). 66
4.5.4.4. Xác định Boundary. 70
4.5.4.5. Xác định Domain Interfaces. 72
4.5.4.6. Xác định thời gian phân tích. 75
4.5.4.7. Tạo tập tin lưu cho quá trình mô phỏng. 76
4.5.5. Solution. 77
4.5.6. Result79
4.5.6.1. Xem dòng chảy rối của nước và nhiệt độ tại các thời điểm.. 80
4.5.6.2.Kiểm tra nhiệt độ trên một mặt phẳng. 81
4.5.6.3. Line. 83
4.5.6.4. Chart84
4.5.6.5. Chỉnh thời điểm xem kết quả. 86
4.5.6.6. Xem kết quả tại từng điểm.. 86
4.5.6.7. Tạo video mô phỏng. 88
4.6. Đánh giá kết quả của bài toán truyền nhiệt bằng nước. 89
4.7. Đánh giá sai số của quá trình mô phỏng. 93
4.7.1. Sai số có thể kiểm soát93
4.7.1.1. Chất lượng chia lưới93
4.7.1.2. Điều kiện đầu vào. 94
4.7.2. Sai số không thể kiểm soát94
4.7.2.1. Tác động của môi trường. 94
4.7.2.2. Sự đồng nhất của vật liệu. 94
4.7.2.3. Sai số của máy móc. 95
Chương 5. MÔ PHỎNG TRUYỀN NHIỆT TRONG KHUÔN CHO CÁC SẢN PHẨM KHÁC NHAU.. 96
5.1. Rá để bát96
5.2. Ca nhựa. 99
5.3. Phích cắm điện. 103
5.4. Cốc nhựa. 106
5.5. Dụng cụ móc áo. 110
5.6. Chi tiết lọc lòng đỏ trứng. 113
5.7. Chi tiết cán dao cạo râu. 117
5.8. Con cá nhựa. 120
5.9. Chi tiết quai sách vali du lịch. 123
5.10. Dụng cụ vắt nước cam.. 126
5.11. Tay cầm điện thoại để bàn. 130
5.12. Đĩa nan hoa. 133
Chương 6. KẾT LUẬN.. 137
6.1. Kết quả đạt được. 137
6.2. Hướng phát triển. 137
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 138
DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1: Máy ép nhựa. 3
Hình 2. 2: Phun với vận tốc quá cao qua cổng phun. 11
Hình 2. 3: Tốc độ phun từng vùng. 11
Hình 2. 4: Tốc độ phun của chi tiết thành mỏng. 11
Hình 2. 5: Áp suất giữ. 14
Hình 2. 6: Mối quan hệ giữ thời gian làm nguội và bề dày sản phẩm.. 16
Hình 3. 1: Một số ví dụ chia lưới Tetra. 19
Hình 3. 2: Lưới Tetra kết hợp với các lớp lưới Prism trên bề mặt đối tượng. 26
Hình 3. 3: Biểu đồ chất lượng lưới32
Hình 3. 4: Hình dạng chi tiết33
Hình 3. 5: Môi trường Workbench. 33
Hình 3. 6: Một lưới Hexa ban đầu được tạo thành. 45
Hình 3. 7: Vị trí hiệu chỉnh lưới49
Hình 3. 8: Lưới Hexa đã tạo O-Gird. 49
Hình 4. 1: Phân tích chuyển động khí trong bộ phận máy. 51
Hình 4. 2: Mô phỏng khí và nhiên liệu trong buồng đốt động cơ. 52
Hình 4. 3: Mô phỏng chuyển động cánh quạt53
Hình 4. 4: Mô hình truyền nhiệt trong bộ phận máy. 54
Hình 4. 5: Các bước thực hiện một mô phỏng CFX.. 54
Hình 4. 6: Biểu tượng của Workbench 14.5. 55
Hình 4. 7: Giao diện và những vùng thao tác chính trong Workbench 14.5. 55
Hình 4. 8: Tạo mô hình phân tích CFX.. 56
Hình 4. 9: Mô hình tấm khuôn và phần chốt57
Hình 4. 10: Khối solid của nước trong mô phỏng. 57
Hình 4. 11: Xuất mô hình mô phỏng dưới dạng file IGS. 57
Hình 4. 12: Hộp thoại thông số lưu file IGS dạng Solid. 58
Hình 4. 13: Đưa mô hình CAD vào môi trường Geometry. 58
Hình 4. 14: Hình ảnh thay đổi đặc tính của đối tượng. 59
Hình 4. 15: Hình đưa vật thể vào môi trường Geometry thành công. 59
Hình 4. 16: Vào môi trường chia lưới60
Hình 4. 17: Chia lưới Inflation. 60
Hình 4. 18: Vào môi trường Inflation. 60
Hình 4. 19: Đưa các thông số vào Inflation. 61
Hình 4. 20: Mô hình chia lưới đặc biệt của của ANSYS CFX.. 62
Hình 4. 21: Vào môi trường cài đặt63
Hình 4. 22: Đưa vào các thông số của vật liệu. 64
Hình 4. 23: Đồ thị hàm số Tinlet66
Hình 4. 24: Mô hình sau khi xác định Inlet71
Hình 4. 25: Mô hình sau khi xác định Outlet72
Hình 4. 26: Chọn cho đường nước. 74
Hình 4. 27: Chọn cho tấm khuôn. 74
Hình 4. 28: Các mặt phẳng đã bị chọn trùng nhau. 75
Hình 4. 29: Đường Streamline của nước. 80
Hình 4. 30: Phân bố nhiệt độ tại mặt cắt của khuôn. 82
Hình 4. 31: Biểu diễn nhiệt độ theo đường thẳng. 84
Hình 4. 32: Đồ thị chuyển biến nhiệt độ trên đường thẳng Line 1. 85
Hình 4. 33: Vị trí 2 điểm P1 và P2. 87
Hình 4. 34: Đường Streamline và nhiệt độ của nước cuối quá trình gia nhiệt của khuôn vật liệu thép CT3 87
Hình 4. 35: Đường Streamline và nhiệt độ của nước cuối quá trình giải nhiệt của khuôn vật liệu thép CT3 87
Hình 4. 36: Nhiệt độ khuôn tại mặt cắt A-A của Thép CT3 ở cuối quá trình gia nhiệt88
Hình 4. 37: Nhiệt độ khuôn tại mặt cắt A-A của Thép CT3 ở cuối quá trình giải nhiệt88
Hình 4. 38: Nhiệt độ của thép CT3 ở 2 điểm P1 và P2. 91
Hình 4. 39: Chuyển biến nhiệt độ trong 20 chu kỳ. 94
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1: Nhiệt độ Xylanh và nhiệt độ khuôn tương ứng từng loại nhựa. 8
Bảng 2. 2: Nhiệt độ nhựa và khuôn khi ép. 9
Bảng 2. 3: Áp suất trung bình một số loại nhựa. 15
Bảng 2. 4: Hiệu chỉnh thông số ép. 17
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CAD: Computer-Aided Design
CAE: Computre-Aided Engineering
CFD: Computational Fluid Dynamics
STL: Standard Template Library
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung
Nghiên cứu về nhiệt độ khuôn tập trung vào nhiệt độ nhựa nóng chảy (melt temperature) và nhiệt độ khuôn (mold temperature). Trong đó, nhiệt độ nhựa nóng chảy thường được nhà sản xuất quy định nên là thông số rất khó thay đổi [1]. Thay vào đó, nhiệt độ khuôn là yếu tố ảnh hưởng đến:
- Độ co rút và ứng suất dư của sản phẩm [3]
- Quá trình giải nhiệt cho sản phẩm [6-8]
- Dòng chảy nhựa khi điền vào lòng khuôn[4,5] …
Trong quá trình xác định các thông số phun ép, giá trị nhiệt độ khuôn thường được nhà sản xuất vật liệu nhựa quy định trong khoảng nhiệt độ cho phép. Tuy nhiên, khác với nhiệt độ nhựa nóng chảy, nhiệt độ khuôn có thể được phân thành hai thời điểm khác nhau: nhiệt độ khuôn khi nhựa chảy vào lòng khuôn (Filling step) và nhiệt độ khuôn sau khi nhựa đã điền đầy lòng khuôn (full fill).
- Nhiệt độ khuôn trong quá trình nhựa điền đầy lòng khuôn: Nếu trong quá trình này, nhiệt độ khuôn càng cao (nhưng phải thấp hơn nhiệt độ nhựa – melt temperature) thì quá trình điền đầy lòng khuôn càng dễ, và nhiều lợi ích khác có thể đạt được như: ứng suất dư trên sản phẩm thấp, độ chính xác về kích thước và hình dáng càng cao [9],…
- Nhiệt độ khuôn sau khi nhựa đã điền đầy lòng khuôn: Nếu trong quá trình này, nhiệt độ khuôn càng thấp, quá trình giải nhiệt cho sản phẩm sẽ càng thuận lợi hơn, kết quả là độ cong vênh của sản phẩm sẽ giảm đáng kể [9].
Trên thế giới đã có nhiều công trình tối ưu hóa nhiệt độ khuôn như: nghiên cứu mô phỏng đáp ứng nhiệt độ và tối ưu hóa cấu trúc khuôn cho quá trình gia nhiệt khuôn nhanh, điều khiển nhiệt độ khuôn bằng màng tế vi trong quá trình ép phun [4,5]. Trong nước nhiều công trình đã được thực hiện liên quan đến nhiệt độ bao gồm: thiết kế kênh dẫn nóng cho khuôn ép nhựa, gia nhiệt cho tấm khuôn bằng điện trở, …[1]
Tuy nhiên nghiên cứu truyền nhiệt trong khuôn gia nhiệt và làm nguội bằng nước hiện tại chưa nhiều. Do đó, đề tài “Nghiên cứu phân tích truyền nhiệt trong khuôn ép nhựa để giảm thiểu sự biến dạng của sản phẩm” là cần thiết.
1.2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu hình dáng kênh giải nhiệt đến quá trình điều khiển nhiệt độ cho tấm khuôn dương.
- Mô phỏng quá trình điều khiển nhiệt độ trong khuôn ép phun trên phần mềm ANSYS CFX.
- Thiết kế – mô phỏng quá trình hoạt động cấp nhiệt và giải nhiệt bằng nước cho tấm khuôn dương vật liệu thép, với sự hỗ trợ của phần mềm CREO Parametric 2.0 và ANSYS CFX.
1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
1.3.1.
Nhiệm vụ của đề tài
- Giới thiệu tổng quan về công nghệ ép phun sản phẩm nhựa.
- Phân tích các kiểu chia lưới và các cách sửa lưới trước khi phân tích.
- Phân tích truyền nhiệt trong khuôn có gia nhiệt và làm nguội bằng nước.
- Đánh giá kết quả phân tích so sánh với thực nghiệm.
- Mô phỏng truyền nhiệt trong khuôn của các sản phẩm khác nhau.
1.3.2. Giới hạn của đề tài
Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu phân tích mô phỏng truyền nhiệt trong tấm khuôn dương của khuôn ép phun bằng phần mềm ANSYS 14.5.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
- Dùng phần mềm ANSYS CFX để tối ưu hóa nhiệt độ tấm khuôn dương để giảm thiểu sự biến dạng của sản phẩm.
- Đánh giá kết quả phân tích so với thực nghiệm.
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Thiết bị trong công nghệ ép phun [1]
Để cho ra một sản phẩm nhựa hoàn chỉnh; cần có 2 thiết bị chính đó là: máy ép và khuôn ép.
2.1.1. Máy ép
- Cấu tạo chính của máy ép bao gồm một hệ thống khuôn (khuôn âm + khuôn dương), hệ thống phun, hệ thống phụ trợ và hệ thống kẹp. Khuôn được giữ trên máy ép theo chiều nằm ngang hoặc thẳng đứng. Khuôn nằm ngang được dùng phổ biến hơn. Khuôn thẳng đứng ít được sử dụng nhưng nó có lợi thế về lực kẹp khuôn do tận dụng được trọng lực.
Hình 2. 1: Máy ép nhựa
- Máy ép được phân loại chủ yếu dựa vào tải trọng, thể hiện độ lớn lực kẹp khuôn mà máy có thể đạt được. Tải trọng có thể từ 5 tấn đến hơn 9000 tấn.
2.1.2. Khuôn ép
- Khuôn là một dụng cụ dùng để định hình cho một sản phẩm nhựa. Nó được thiết kế sao cho có thể được sử dụng cho một số lượng lớn chu trình để gia công ra sản phẩm thỏa mãn yêu cầu cho trước.
- Vật liệu chế tạo khuôn có thể là thép cứng, thép tôi, hợp kim,.… Việc chọn vật liệu nào để chế tạo khuôn tùy thuộc vào khả năng kinh tế. Thông thường, khuôn làm từ vật liệu thép tiêu tốn nhiều chi phí hơn nhưng cho tuổi thọ cao, có thể bù đắp chi phí ban đầu.
- Kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào kích thước và hình dáng của sản phẩm. Số lượng sản phẩm cần được chế tạo ra từ một bộ khuôn (số lần ép, số sản phẩm trong một lần ép,…) là một yếu tố rất quan trọng cần xét tới trong quá trình thiết kế khuôn. Đối với dạng sản xuất nhỏ thì không cần đến loại khuôn có nhiều lòng khuôn hoặc có kết cấu đặc biệt. Các yếu tố đó có ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành của khuôn cũng như là giá thành của sản phẩm cần chế tạo trên khuôn đó.
- Khuôn gia công sản phẩm nhựa là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép lại với nhau, được chia ra làm hai phần khuôn chính là:
+ Phần lòng khuôn (cavity): Là phần khuôn cố định, được gá trên tấm cố định của máy ép nhựa.
+ Phần lõi (core): Là phần khuôn di động, được gá trên tấm di động của máy ép nhựa.
- Khi ép, nhựa dẻo sẽ được điền đầy vào lòng khuôn. Sau đó, nhựa được làm nguội và được lấy ra khỏi lòng khuôn bằng hệ thống đẩy sản phẩm hay được lấy bằng tay. Sản phẩm sẽ mang hình dạng của lòng khuôn.
- Có các loại khuôn phổ biến như khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm, khuôn nhiều tầng. Tùy thuộc vào quy mô sản xuất và các yếu tố khác mà ta chọn loại khuôn phù hợp.
2.2. Phân loại khuôn ép phun [1]
- Phân loại theo số tầng lòng khuôn:
+ Khuôn 1 tầng
+ Khuôn nhiều tầng
- Phân loại theo kênh dẫn:
+ Khuôn dùng kênh dẫn nguội (Cold Runner).
+ Khuôn dùng kênh dẫn nóng (Hot Runner).
- Phân loại theo cách bố trí kênh dẫn:
+ Khuôn 2 tấm
+ Khuôn 3 tấm
- Phân loại theo số màu nhựa tạo ra sản phẩm:
+ Khuôn cho sản phẩm 1 màu.
+ Khuôn cho sản phẩm nhiều màu.
2.3. Sơ lược về chu trình ép phun [1]
Một chu trình ép phun thường rất ngắn, từ 2 giây đến 2 phút, gồm 4 chu trình sau:
- Kẹp – Trước khi ép vật liệu vào khuôn, hai nửa khuôn phải đóng lại. Một nửa khuôn được gắn trên máy ép, nửa còn lại gắn với bộ phận di động trên máy ép. Bộ phận kẹp đẩy hai nửa khuôn với nhau và tạo sức ép đủ lớn để đảm bảo khuôn luôn kín.
- Ép – Nhựa (thường là dạng hạt) được gia nhiệt đến trạng thái chảy và được nhanh chóng phun vào khuôn và điền đầy lòng khuôn.
- Làm nguội – Nhựa nóng chảy sau khi được phun vào khuôn bắt đầu nguội ngay khi tiếp xúc với bề mặt lòng khuôn. Khi nhựa nguội, nó sẽ đông đặc theo hình dạng của lòng khuôn.
- Tháo khuôn – Sau một khoảng thời gian, bộ phận di động của máy ép gắn với một nửa khuôn sẽ mở khuôn ra. Khi khuôn được mở ra, một cơ cấu được sử dụng để lấy phần sản phẩm đã nguội ra ngoài. Và sau đó nửa khuôn di động đó được đẩy vào lại để chuẩn bị cho chu trình ép tiếp theo.
2.4. Các khuyết tật khi ép [10]
- Giống như tất cả các quy trình công nghiệp khác, ép phun có thể tạo các sản phẩm không hoàn thiện. Trong lĩnh vực ép phun, xử lý sự cố thường được thực hiện bằng cách kiểm tra bộ phận bị lỗi cho các khuyết tật cụ thể và giải quyết những khuyết tật. Trước khi sản xuất hàng loạt, chúng ta thường ép thử sản phẩm để dự đoán các khuyết tật có thể xảy ra và xác định các thông số kỹ thuật phù hợp.
- Một số khuyết tật có thể xảy ra khi ép, nguyên nhân và cách khắc phục:
|
Tên khuyết tật |
Mô tả |
Nguyên nhân |
Khắc phục |
|
Nứt |
Dạng các vân trắng do khuếch tán ánh sáng |
- Ngoại lực lấy sản phẩm. - Nhiệt độ khuôn quá thấp, không đều. - Do kết cấu sản phẩm gây ứng suất. |
- Giảm lực tác động lên sản phẩm. - Tăng nhiệt độ bề mặt khuôn. - Xem xét thiết kế để cải thiện tính chảy. |
|
Vết cháy |
Sản phẩm có các vết cháy đen |
- Áp suất phun cao. - Nhiệt độ nhựa cao. - Không khí bị kẹt lại trong khuôn. |
- Giảm áp suất phun. - Giảm nhiệt độ nhựa. - Kiểm tra hệ thống thoát khí. |
|
Thiếu nhựa |
Nhựa không điền đầy khuôn |
- Thiếu nhựa. - Tốc độ phun hoặc áp suất quá thấp. - Thiếu lỗ thoát khí. |
- Tăng thể tích phun. - Tăng tốc độ hoặc áp suất phun. - Kiểm tra hệ thống thoát khí. |
|
Bọt khí |
Các lỗ bên trong sản phẩm |
- Điền quá nhanh, không khí không thoát kịp. - Hệ thống thoát khí chưa tốt. |
- Giảm tốc độ phun để không khí có đủ thời gian thoát ra ngoài. - Kiểm tra hệ thống thoát khí. |
|
Bavia |
Phần nhựa dư |
- Khuôn không khép kín. - Lực kẹp quá thấp. - Áp suất phun, tốc độ phun quá cao. |
- Kiểm tra và sửa các lỗi của khuôn. - Tăng lực kẹp khuôn. - Giảm áp suất phun, tốc độ phun. |
|
Đường hàn |
Đường nhỏ ở mặt sau của lõi, nơi hai dòng chảy gặp nhau |
Sự hợp nhất của hai dòng chảy nhựa.
|
- Dùng nhựa độ nhớt thấp. - Tăng nhiệt độ nhựa, nhiệt độ bề mặt khuôn. |
|
Cong vênh |
Sản phẩm bị biến dạng hoặc xoắn |
- Lấy sản phẩm quá sớm, nhiệt độ nhựa cao. - Co rút không đều giữa các phần. |
- Tăng thời gian làm nguội sản phẩm. - Kiểm tra thiết kế sản phẩm. |
|
Xước bề mặt |
Bề mặt bị tách thành từng miếng |
Ứng suất trượt cao. |
Tăng nhiệt độ, giảm tốc độ phun. |
|
Nếp nhăn bề mặt |
Phần biến dạng do dòng chảy bị rối |
- Nhiệt độ khuôn quá cao. - Cổng vào nhựa thiết kế không tốt (quá lớn hoặc quá nhỏ). |
- Giảm nhiệt độ khuôn. - Kiểm tra thiết kế cổng vào, kênh dẫn…. |
2.5. Các thông số ép [1]
2.5.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ là một trong những thông số cơ bản trong quá trình ép, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm nhựa, tuổi thọ bộ khuôn ...
2.5.1.1. Nhiệt độ nhựa
- Mỗi loại nhựa có một khoảng nhiệt độ mà tại đó nhựa được ép cho ra kết quả tốt nhất.
- Nhiệt độ nhựa có được là nhờ nhiệt độ cài đặt trên nòng và ma sát do quay trục vít, thường được chia thành nhiều vùng để dễ kiểm soát:
+ Nhiệt độ sau nòng (Barrel Rear Temperature)
+ Nhiệt độ giữa nòng (Barrel Middle Temperature)
+ Nhiệt độ đầu nòng (Barrel Front Temperature)
+ Nhiệt độ đầu phun (Nozzle Temperature)
- Nhiệt độ của nhựa thay đổi trong suốt quãng đường nhựa chảy (đi từ đầu phun của máy ép cho đến lòng khuôn). Quá trình thay đổi nhiệt độ này là do ma sát giữa nhựa dẻo và thiết bị, do sự truyền nhiệt từ nhựa qua các tấm khuôn hoặc qua môi trường bên ngoài.
Bảng 2. 1: Nhiệt độ xylanh và nhiệt độ khuôn tương ứng từng loại nhựa
Tên nguyên liệu |
Nhiệt độ xylanh (oC) |
Nhiệt độ khuôn (oC) |
|||
|
Đầu phun |
Đầu vít |
Giữa vít |
Cuối vít |
||
|
PEHD |
200 |
190 |
180 |
170 |
40 – 60 |
|
PELD |
180 |
170 |
160 |
150 |
40 – 60 |
|
PP |
200 |
190 |
180 |
170 |
55 – 65 |
|
PS |
210 |
200 |
190 |
180 |
40 – 60 |
|
PSHI |
220 |
210 |
200 |
190 |
50 – 60 |
|
ABS |
220 |
210 |
200 |
190 |
50 – 60 |
|
PC |
280 |
270 |
260 |
250 |
90 – 120 |
|
PVC cứng |
180 |
170 |
160 |
150 |
45 – 60 |
|
PVC mềm |
190 |
180 |
170 |
160 |
45 – 60 |
2.5.1.2. Nhiệt độ khuôn
- Bên cạnh nhiệt độ nhựa, nhiệt độ khuôn cũng là một yếu tố cần lưu ý vì nó ảnh hưởng đến một số tính chất của nhựa cũng như chất lượng sản phẩm.
- Nhiệt độ khuôn được làm mát bằng các hệ thống làm nguội, nhiệt độ khuôn cần phải đồng nhất trong cả bộ khuôn.
Bảng 2. 2: Nhiệt độ nhựa và khuôn khi ép
Vật liệu |
Nhiệt độ nhựa (oC) |
Nhiệt độ khuôn (oC) |
|
ABS |
200 – 260 |
40 – 60 |
|
ABS + 20% GF |
200 – 260 |
70 – 110 |
|
PA (Nylon) |
200 – 320 |
80 – 120 |
|
PA + 20% GF |
200 – 320 |
90 – 100 |
|
PA + 34% GF |
200 – 320 |
90 – 120 |
|
PBT |
200 – 270 |
90 – 120 |
|
PBT + 30% GF |
260 – 270 |
90 – 120 |
|
PC |
280 – 320 |
90 – 120 |
|
PC + 20% GF |
280 – 320 |
100 – 150 |
|
PET |
260 – 300 |
80 – 120 |
|
PET + 35% GF |
260 – 300 |
90 – 130 |
|
POM (Acetal) |
190 – 210 |
50 – 100 |
|
POM + 25% GF |
190 – 210 |
70 – 110 |
|
PP |
160 – 260 |
55 – 65 |
|
PP + 20% GF |
190 – 210 |
60 – 70 |
|
PPS |
300 – 340 |
60 – 140 |
|
PPS + 30% GF |
300 – 340 |
120 – 140 |
|
PPS + 50% GF |
300 – 340 |
140 – 160 |
|
PS |
200 – 300 |
40 – 60 |
|
PVC |
180 – 210 |
45 – 60 |
2.5.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
- Nhiệt độ thay đổi sẽ làm thay đổi độ nhớt của nguyên liệu. Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của vật liệu sẽ giảm, nhựa dẻo sẽ điền đầy nhanh hơn và ngược lại.
- Nhiệt độ ảnh hưởng đến khả năng nén ép vật liệu vào khuôn. Nhiệt độ càng cao, khả năng sản phẩm bị bavia càng lớn.
- Nhiệt độ ảnh hưởng đến thời gian làm nguội sản phẩm. Nhiệt độ cao, thời gian làm nguội sẽ lâu hơn, chu kỳ ép dài hơn, năng suất thấp hơn làm giá thành sản phẩm tăng cao.
2.5.1.4. Một số khuyết tật do nhiệt độ gây ra
- Sản phẩm bị bavia (nhiệt độ cao).
- Sản phẩm không điền đầy (nhiệt độ thấp).
- Sản phẩm có vết lõm (nhiệt độ cao).
2.5.2. Vận tốc
2.5.2.1. Vận tốc phun
- Vận tốc phun là vận tốc điền khuôn khi trục vít tác động giống như một piston.
- Đối với sản phẩm mỏng, vận tốc điền khuôn phải nhanh để điền đầy khuôn nhanh chóng trước khi nhựa đông đặc gây cản trở việc điền đầy.
- Đối với sản phẩm dày phải chậm hơn để tạo bề mặt sản phẩm tốt.
- Tầm quan trọng của tốc độ phun:
+ Quyết định khả năng vật liệu điền đầy khuôn.
+ Đảm bảo tính đồng nhất của vật liệu tại vị trí điền đầy đầu tiên đến vị trí sau cùng trong lòng khuôn.
+ Các vùng chịu ảnh hưởng bởi tốc độ phun là: vùng quanh cổng phun, phần thành giao nhau và phần khuôn điền đầy sau cùng.
- Các khuyết tật do tốc độ phun gây ra:
+ Hiện tượng tạo bọt khí.
+ Hiện tượng sản phẩm bị biến màu.
+ Bề mặt gần vị trí cổng phun không tốt.
- Phun với tốc độ quá cao:
+ Sự biến dạng của sản phẩm sẽ khác nhau khi tốc độ phun quá cao qua các phần khác nhau trong lòng khuôn.
+ Phun với tốc độ cao đòi hỏi lực kẹp khuôn lớn, dẫn đến khả năng thoát khí kém qua các đường phân khuôn, gây nên hiện tượng bọt khí, bavia.
+ Phun qua cổng phun với tốc độ phun cao sẽ gây ra hiện tượng phun tia, làm cho dòng chảy rối và bề mặt sản phẩm gần cổng phun xấu.
Hình 2. 2: Phun với vận tốc quá cao qua cổng phun
- Để tránh hiện tượng tập trung bọt khí cũng như sản phẩm điền đầy khuôn tốt mà không kéo dài thời gian điền khuôn, ta cần cài tốc độ phun ở các vùng khác nhau.
Hình 2. 3: Tốc độ phun từng vùng
- Đối với các sản phẩm thành mỏng thì phải phun với tốc độ phun càng nhanh nếu có thể để tránh hiện tượng không điền đầy khuôn do nguyên liệu nguội.
Hình 2. 4: Tốc độ phun của chi tiết thành mỏng
- Tốc độ phun thấp ở giai đoạn đầu của chu trình ép (hai hình trên) với mục đích:
+ Giảm sự biến dạng khuôn.
+ Giảm khuynh hướng nhiễu keo trước khi bơm.
+ Giảm những vết mờ ở vùng cuốn phun hay cổng nhựa.
- Tốc độ phun ở giai đoạn cuối giảm với mục đích:
+ Giảm lực kẹp khuôn.
+ Bảo đảm có một sự chuyển đổi chính xác hơn.
+ Cải thiện hiện tượng bọt khí trong khuôn do làm giảm sự nén không khí.
2.5.2.2. Vận tốc quay trục vít [1]
- Vận tốc quay trục vít là số vòng trục vít quay trong một phút (n) lúc lấy keo.
- Vận tốc quay trục vít là chiều dài một vòng trục vít (chu vi trục vít) quay trong một phút nhân cho số vòng quay:
V = 60.d..n
Trong đó:
V: Vận tốc dài trục vít (mm/s).
d: Đường kính trục vít (mm).
n: Số vòng quay trục vít trong một phút (vòng/phút).
- Hỗn hợp nhựa được dẻo hóa đến nóng chảy bởi sự quay của trục vít. Mức độ quay này là vận tốc vòng của trục vít.
- Nếu vận tốc quay quá lớn thường dẫn đến:
+ Nhựa nóng chảy có thể bị giảm cấp bởi nhiệt (nội sinh).
+ Cắt đứt chất gia cường sợi thủy tinh (nếu có sử dụng).
+ Làm tăng sự mài mòn giữa xylanh nóng và trục vít.
- Nên điều chỉnh vận tốc quay trục vít phù hợp với quy trình phun để có độ đồng đều và giảm thời gian lưu tại vùng đầu nòng.
- Vận tốc quay tối đa, khoảng gần 100 mm/s dùng cho vật liệu nhạy nhiệt, đến 1000 mm/s cho những vật liệu có độ nhớt cao. Thông thường, các nhà sản xuất hỗn hợp nhựa hay nhà sản xuất máy ép phun sẽ cho biết các thông tin này.
- Việc sử dụng tốc độ trục vít tối đa không nên dùng cho hỗn hợp nhựa có chứa các phụ gia như bột màu hay chất làm chậm cháy vốn rất nhạy với áp suất trượt.
2.5.2.3. Vận tốc đóng mở khuôn
- Vận tốc đóng mở khuôn là thời gian cần đóng (hoặc mở) tất cả các phần khuôn.
- Cần cài đặt vận tốc bắt đầu mở khuôn và cuối giai đoạn đóng khuôn tương đối chậm để tránh biến dạng bề mặt khuôn do va đập.
2.5.3. Áp suất
- Áp suất là một thông số chính của quá trình ép. Thông số này ảnh hưởng đến sự ổn định về mặt kích thước và cơ tính của sản phẩm.
- Các bộ phận trong máy ép yêu cầu áp suất và điều khiển áp suất là hệ thống phun và hệ thống kẹp. Các loại áp suất chính là: áp suất phun, áp suất giữ (duy trì), áp suất kẹp và áp suất ngược.
- Cần chú ý áp suất kẹp (sinh ra do hệ thống kẹp) phải đủ lớn để thắng được áp suất phun (sinh ra do hệ thống phun) trong suốt chu trình ép để tránh các lỗi như: bavia, sai lệch hình dạng sản phẩm …
2.5.3.1. Áp suất phun
- Áp suất phun là áp suất cơ bản được sử dụng trong chu trình ép phun. Nó được định nghĩa là lượng áp suất cần thiết để làm nhựa điền đầy lòng khuôn.
- Áp suất phun tương đương với áp suất được đo tại béc phun và là giá trị có thể thay đổi tùy theo điều kiện.
|
Áp suất phun thay đổi theo bề dày sản phẩm |
Áp suất phun thay đổi theo dòng chảy nhựa |
2.5.3.2. Áp suất giữ
- Trong giai đoạn điền khuôn cần một áp suất lớn để điền khuôn nhanh chóng nhưng khi khuôn đã điền đầy thì cần đưa về trạng thái duy trì với áp suất nhỏ hơn áp suất phun để bù lượng nhựa hao hụt do vật liệu co rút.
- Áp suất này phải được giữ đến cuối quá trình điền khuôn và duy trì áp suất để chống lại áp suất nhựa được phun vào và khi nhựa co rút do quá trình nguội.
- Áp suất giữ thường nằm trong khoảng 50% áp suất ép ban đầu.
Hình 2. 5: Áp suất giữ
2.5.3.3. Áp suất kẹp [1]
- Áp suất kẹp được định nghĩa là lượng áp suất cần thiết để giữ khuôn luôn đóng kín, chống lại áp suất phun.
- Áp suất kẹp được tạo ra do hệ thống kẹp của máy ép, hệ thống kẹp của máy có thể là cơ khí hay thủy lực. Áp suất kẹp (hay lực kẹp) ít nhất phải bằng với lực được tạo ra do hệ thống phun (áp suất phun). Nếu lực kẹp quá thấp, sản phẩm có thể bị bavia. Nhưng nếu lực kẹp quá lớn có thể làm khuôn mau hỏng.
- Áp suất kẹp được tính như sau:
F =
Trong đó:
P: Áp suất do vật liệu gây nên (g/cm2) (tra bảng dưới)
S: Diện tích hình chiếu của sản phẩm (cm2)
0,8: Hệ số an toàn
Bảng 2. 3: Áp suất trung bình một số loại nhựa
|
Loại nhựa |
Sản phẩm thông dụng (kg/cm2) |
Sản phẩm cần bề mặt tốt (kg/cm2) |
Sản phẩm cần kích thước chính xác (kg/cm2) |
|
PE |
250 |
350 |
450 |
|
PP |
250 |
350 |
450 |
|
PS |
250 |
350 |
450 |
|
HIPS |
250 |
350 |
450 |
|
ABS |
300 |
400 |
500 |
|
PVC cứng |
300 |
400 |
500 |
|
PVC mềm |
250 |
350 |
450 |
|
PC |
400 |
550 |
700 |
|
PET |
350 |
500 |
700 |
|
PA – 6 |
350 |
450 |
600 |
|
PA – 66 |
400 |
500 |
650 |
2.5.3.4. Áp suất ngược
- Áp suất ngược là áp suất trục vít cần phải vượt qua khi nó di chuyển lùi lại.
- Được gây nên do trục vít quay kháng lại trở lực của vật liệu trong nòng.
- Áp suất ngược cao làm sản phẩm đồng đều (hóa dẻo, đều màu) tuy nhiên làm tăng thời gian hóa dẻo, làm gãy sợi gia cường và nặng máy.
- Cần giữ áp suất này càng thấp càng tốt, không vượt quá 20% áp suất phun.
2.5.4. Thời gian
2.5.4.1. Thời gian phun
- Thời gian phun có quan hệ với vận tốc phun (cc/giây). Vận tốc phun cần đủ lớn để tránh hiện tượng đông đặc của nhựa dẻo trong suốt quá trình điền khuôn.
- Vận tốc phun cao không ảnh hưởng nhiều đến các loại nhựa chịu nhiệt như PP, PS … nhưng có ảnh hưởng tới các nhựa nhạy nhiệt.
bài báo
PHÂN TÍCH GIA NHIỆT VÀ LÀM NGUỘI BẰNG NƯỚC TRONG
KHUÔN ÉP PHUN MỘT SỐ SẢN PHẨM KHÁC NHAU
ANALYSIS HEATING AND COOLING BY WATER IN INJECTION MOLDING FOR DIFFERENT PRODUCTS
Huỳnh Đỗ Song Toàn, Trần Minh Thế Uyên
Võ Bá Anh Đại, Lê Hiếu Giang
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
TÓM TẮT
Hiện nay, trên thế giới và trong nước đã có nhiều công trìnhnghiên cứu tối ưu hóa nhiệt độ khuôn. Tuy nhiên,việc phân tích gia nhiệt và làm nguội bằng nước trong khuôn ép nhựachưa được thực hiện nhiều trên các sản phẩm thực tế. Vì vậy,bài báo “Phân tích gia nhiệt và làm nguội bằng nước trong khuôn ép phun một số sản phẩm khác nhau” là cần thiết. Kết quả đạt được của bài báo là hoàn thànhviệc mô phỏng truyền nhiệt trong khuôn ép nhựa sử dụng hệ thống nước để gia nhiệt và làm nguội lòng khuôn. Phương pháp gia nhiệt bằng nước nóng có thể nâng nhiệt độ khuôn từ 30 0C đến 63.50C trong 20s, sau đó, khuôn được giải nhiệt đến 350C trong thời gian 20s tiếp theo. Sau đó tiến hành đánh giá sai số và cách hạn chế sai số khi thực hiện mô phỏng; phân tích truyền nhiệt trong khuôn một số sản phẩm khác nhau.
ABSTRACT
Currently, there are many researches to optimize the mold temperature; however, the analysis of heating and cooling by water injection molding is not enough for reference. Therefore, the paper "Analysis heating and cooling by water in injection mold for different products" is necessary. The outcomes of this paper are complete the analysis of heat transfer in plastic injection molds used water for heating and cooling. This method is able to increase the mold temperature from 30 0C to 63.50C in 20s for the heating step and decrease the mold temperature to 350C in the next 20s for the cooling step. Then, the evaluated errors when performing simulation are examined. Finally, the analysis of heat transfer in mold for different products is performed.
KEYWORDS : plastic injection molding, water cooling system, heat transfer.
1. Giới thiệu
Nghiên cứu về nhiệt độ khuôn tập trung vào nhiệt độ nhựa nóng chảy (melt temperature) và nhiệt độ khuôn (mold temperature). Trong đó, nhiệt độ nhựa nóng chảy thường được nhà sản xuất qui định nên là thông số rất khó thay đổi [1]. Thay vào đó, nhiệt độ khuôn là yếu tố ảnh hưởng đến: độ co rút và ứng suất dư của sản phẩm [2], dòng chảy nhựa khi điền vào lòng khuôn [3,4] và quá trình giải nhiệt cho sản phẩm [5-7].
Trong quá trình xác định các thông số phun ép, giá trị nhiệt độ khuôn thường được nhà sản xuất vật liệu nhựa qui định trong khoảng nhiệt độ cho phép. Tuy nhiên, khác với nhiệt độ nhựa nóng chảy, nhiệt độ khuôn có thể được phân thành hai thời điểm khác nhau: nhiệt độ khuôn khi nhựa chảy vào lòng khuôn (Filling step) và nhiệt độ khuôn sau khi nhựa đã điền đầy lòng khuôn (full fill). Nếu trong quá trình nhựa điền đầy lòng khuôn, nhiệt độ khuôn càng cao (nhưng phải thấp hơn nhiệt độ nhựa – melt temperature) thì quá trình điền đầy lòng khuôn càng dễ, và nhiều lợi ích khác có thể đạt được như: ứng suất dư trên sản phẩm thấp, độ chính xác về kích thước và hình dáng càng cao [8]. Nếu trong quá trình sau khi nhựa đã điền đầy lòng khuôn, nhiệt độ khuôn càng thấp, quá trình giải nhiệt cho sản phẩm sẽ càng thuận lợi hơn, và kết quả là độ cong vênh của sản phẩm sẽ giảm đáng kể [8].
Tuy nhiên việc phân tích gia nhiệt và làm nguội bằng nước trong khuôn ép phun chưa được thực hiện nhiều trên các sản phẩm khác nhau.
2. Thiết kế chế tạo bộ khuôn thực nghiệm
2.1 Thiết kế và mô phỏng tấm khuôn
Thiết kế tấm khuôn với đường nước kiểu baffle như hình 1. Tiến hành phân tích mô phỏng đường nước vào khuôn theo hình 2. Kết quả mô phỏng nhiệt độ đường nước được thể hiện ở hình 3. Và kết quả nhiệt độ bề mặt khuôn trình bày trong hình 4.
Hình 1: Mặt cắt tấm khuôn với đường nước.
Hình 2: Đường nước vào khuôn.
Hình 3: Kết quả mô phỏng nhiệt độ đường nước.
Hình 4: Kết quả mô phỏng nhiệt độ bề mặt
tấm khuôn.
Phân tích kiểu Streamline như hình 5 thể hiện kết quả dưới dạng các dòng chảy trong hệ thống làm nguội, nhiệt độ của dòng nước, dòng chảy rối trong hệ thống.
Phân tích kiểu Plane như hình 6 thể hiện chế độ xem kết quả theo từng mặt cắt trên vật thể. Cụ thể hơn, xem nhiệt độ ở các vùng khác nhau trên từng mặt cắt.
Hình 5: Kết quả mô phỏng theo kiểu Streamline khuôn thí nghiệm.
Hình 6: Kết quả mô phỏng theo kiểu Plane khuôn thí nghiệm.
2.2 Chế tạo khuôn thực nghiệm
Thiết kế khuôn theo bản vẽ thể hiện ở hình 7. Tấm khuôn được gia công thực tế như hình 8.
Hình 7: Thiết kế khuôn.
Hình 8: Tấm khuôn gia công thực tế.
Mô phỏng nhiệt độ giữa 2 điểm trên bề mặt khuôn P1 và P2 theo hình 9. Tiến hành đo đạc nhiệt độ thực tế để có biểu đồ nhiệt độ giữa thực nghiệm và mô phỏng như hình 10.
Hình 9: Mô phỏng nhiệt độ giữa 2 điểm trên bề mặt khuôn.
Hình 10: Biểu đồ nhiệt độ giữa thực nghiệm và mô phỏng.
Hình 11 Bản vẽ khuôn.
Kết quả này cũng cho thấy, kết quả thí nghiệm và mô phỏng tại điểm P2 chênh lệch không đáng kể trong quá trình gia nhiệt. Tuy nhiên, kết quả mô phỏng và thí nghiệm tại điểm P1 có sự chênh lệch khá lớn. Sai lệch này do đặc tính vật liệu khuôn trong quá trình thí nghiệm không hoàn toàn chính xác như thí nghiệm. Do đó, kết quả mô phỏng có sai lệch so với thực tế. Sai lệch này xuất hiện rõ hơn tại điểm P1 vì tại vị trí này, chiều dày khuôn (khoản cách từ vị trí đo đến mặt tiếp xúc với nước) khá lớn, do đó, ảnh hưởng của sai lệch vật liệu sẽ rõ hơn trường hợp tại điểm P2.
Bên cạnh đó, sự khác biệt về nhiệt độ tại điểm P1 và P2 cũng xuất hiện khá rõ trong Hình 10. Với điểm P2, tốc độ gia nhiệt và giải nhiệt nhanh hơn điểm P1. Sụ khác biệt này có thể được giải thích dựa trên chiều dày khuôn tại hai điểm này. Với điểm P2, chiều dày khuôn là 5 mm, tuy nhiên, tại điểm P1, chiều dày khuôn là 7.5 mm như hình 11. Do đó, trong cả quá trình gia nhiệt và giải nhiệt, nhiệt độ tại điểm P2 sẽ thay đổi nhanh hơn điểm P1.
Với các khả năng mô phỏng như mô hình trên, bài báo đề xuất phương án mô phỏng gia nhiệt và làm nguội bằng ANSYS với các sản phẩm khác. Từ đó, tiến hành phân tích truyền nhiệt trong khuôn một số sản phẩm khác nhau.
3. Phân tích gia nhiệt và làm nguội bằng nước trong khuôn ép phun một số sản phẩm khác nhau
3.1 Sản phẩm 1: Dụng cụ vắt nước cam được thể hiện như hình 12 với kết quả mô phỏng Contour như hình 13 và Streamline như hình 14.
Hình 12: Sản phẩm dụng cụ vắt nước cam.
Hình 13: Kết quả mô phỏng với kiểu xem Contour dụng cụ vắt nước cam.
Hình 14: Kết quả mô phỏng với kiểu xem Streamline dụng cụ vắt nước cam.
3.2 Sản phẩm 2: Hình hộp cao được thể hiện như hình 15 với kết quả mô phỏng Contour như hình 16 và Streamline như hình 17.
Hình 15: Sản phẩm hộp cao
Hình 16: Kết quả mô phỏng với kiểu Contour sản phẩm dạng hộp cao
Hình 17: Kết quả mô phỏng với kiểu Streamline sản phẩm dạng hộp cao
3.3 Sản phẩm 3: Phích cắm điện được thể hiện như hình 18 với kết quả mô phỏng Contour như hình 19 và Streamline như hình 20
Hình 18: Sản phẩm phích cắm điện
Hình 19: Kết quả mô phỏng với kiểu Contour sản phẩm phích cắm điện
Hình 20: Kết quả mô phỏng với kiểu Streamline sản phẩm phích cắm điện
3.4 Sản phẩm 4: Dụng cụ lọc lòng đỏ trứng được thể hiện như hình 21 với kết quả mô phỏng Contour như hình 22, Streamline hình 23 và Plane như hình 24.
Hình 21: Sản phẩm lọc lòng đỏ trứng khuôn có nhiều lòng khuôn.
Hình 22: Kết quả mô phỏng với kiểu xem Contour sản phẩm lọc lòng đỏ trứng.
Hình 23: Kết quả mô phỏng với kiểu xem Streamline sản phẩm lọc lòng đỏ trứng.
Hình 24: Kết quả mô phỏng với kiểu xem Plane sản phẩm lọc lòng đỏ trứng.
4. Kết luận
Bài báo đã hoàn thành bài mô phỏng truyền nhiệt trong khuôn ép nhựa sử dụng hệ thống nước để gia nhiệt và làm nguội lòng khuôn; đánh giá xu hướng và sự biến đổi nhiệt độ trong khuôn; đánh giá sai số và cách hạn chế sai số khi thực hiện mô phỏng; phân tích truyền nhiệt trong khuôn một số sản phẩm khác nhau. Với mô hình tấm khuôn dương, phương pháp gia nhiệt bằng nước nóng có thể nâng nhiệt độ khuôn từ 30 0C đến 63.50C trong 20 s, sau đó, khuôn được giải nhiệt đến 350C trong thời gian 20 s. Với mô hình này, phương pháp mô phỏng và thực nghiệm cho kết quả khá chính xác với nhiệt độ tại điểm P2. Tuy nhiên, với nhiệt độ tại điểm P1, sai lệch giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm vẫn còn khá lớn. Vì vậy, trong các nghiên cứu tiếp theo, các phương án nhằm nâng cao độ chính xác của phương pháp mô phỏng cần được tiếp tục nghiên cứu.
Ngoài ra, phương pháp mô phỏng cũng được sử dụng cho 4 tấm khuôn thực với các loại sản phẩm khác nhau nhằm quan sát phân bố nhiệt độ của các tấm khuôn này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Sơn Minh- Trần Minh Thế Uyên, Bài giảng Thiết Kế Chế Tạo Khuôn Ép Nhựa, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
[2] H. L. Chen, S. C. Chen, W. H. Liao, R. D. Chien, Y. T. Lin, Effects of insert film on asymmetric mold temperature and associated part warpage during in-mold decoration injection molding of PP parts, International Communications in Heat and Mass Transfer 41 (2013) 34-40.
[3] X. Xu, C. B. Park, J. W. S. Lee, X. Zhu, Advanced Structural Foam Molding Using a Continuous Polymer/Gas Melt Flow Stream, Journal of Applied Polymer Science 109 (2008) 2855–2861
[4] W. Wu, N. Yoon Lee, Two-layer microdevice for parallel flow-through PCRs employing plastic syringes for semi-automated sample injection and a single heater for amplification: Toward process simplification and system miniaturization, Sensors and Actuators B: Chemical, 181 (2013) 756-765.
[5] G. Wang, G. Zhao, H Li, Y Guan, Research of thermal response simulation and mold structure optimization for rapid heat cycle molding processes, respectively, with steam heating and electric heating, Materials & Design 31 (1) (2010) 382-395.
[6] S. C. Chen, H. M. Li, S. S. Hwang, H. H. Wang, Passive mold temperature control by a hybrid filming-microcellular injection molding processing, International Communications in Heat and Mass Transfer, 35 (7) (2008) 822-827.
[7] A. Kumar, P. S. Ghoshdastidar, M.K Muju, Computer simulation of transport processes during injection mold-filling and optimization of the molding conditions, Journal of Materials Processing Technology, 120 (1–3) (2002) 438-449.
[8] Injection molding handbookOsswald, Lih-Sheng Turng and Paul Gramann (Jun 1, 2008).
