Luận văn Nghiên cứu ảnh huởng của thông số ép phun tới ðộ bền uốn của vật liệu nhựa PA66 (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ảnh huởng của thông số ép phun tới ðộ bền uốn của vật liệu nhựa PA66 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VŨ VIẾT CHUYÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HUỞNG CỦA THƠNG SỐ ÉP PHUN TỚI ÐỘ BỀN UỐN CỦA VẬT LIỆU NHỰA PA66 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 520103 S KC 0 0 4 8 4 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VŨ VIẾT CHUYÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ ÉP PHUN TỚI ĐỘ BỀN UỐN CỦA VẬT LIỆU NHỰA PA66. NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ HIẾU GIANG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016 i
3. QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ii
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Vũ Viết Chuyên Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23-11-1991 Nơi sinh: Nam Định Quê quán: Nam Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 136, Nguyễn Văn Cự, Tân Tạo A, Bình Tân, TPCHM. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: chuyenvv1991@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đại học chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2009 đến 9/ 2013 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM Ngành học: Cơng Nghệ Tự Động Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp: Thiết kế và chế tạo tủ truy xuất thơng minh Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 23/7/2013, trường Đh Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM Người hướng dẫn: Th.s Nguyễn Văn Sơn III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm 11-2015 tới nay Cơng ty Saeilo Viet Nam CAD/CAM Application Engineer iii
5. LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 (Ký tên và ghi rõ họ tên) v
6. LỜI CẢM TẠ Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn, học trị kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:  Thầy PGS.TS. Lê Hiếu Giang đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên học trị trong suốt quá trình thực hiện.  Thầy TS. Phạm Sơn Minh, Th.s Trần Minh Thế Uyên, Th.s Nguyễn Văn Sơn đã giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài.  Quý thầy, cơ giáo đã tham gia cơng tác giảng dạy các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Cơ khí 2014A trong tồn bộ khố học.  Quý thầy, cơ giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phịng Đào tạo – bộ phận sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ người thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.  Kính gửi lời cảm tạ tới BGH Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trường được học tập và nghiên cứu. Kính chúc Quý thầy, cơ thật nhiều sức khỏe. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày __ tháng năm 2016 Học viên vi
7. TĨM TẮT ĐỀ TÀI Hiện nay, các sản phẩm nhựa từ cơng nghệ ép phun chiếm rất nhiều trên thị trường. Yêu cầu về chất lượng của các sản phẩm nhựa cũng được người tiêu dùng quan tâm hàng đầu. Chất lượng sản phẩm nhựa phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Trong số đĩ, các thơng số trong qua trình ép phun ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của sản phẩm. Đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ ÉP PHUN TỚI ĐỘ BỀN UỐN CỦA VẬT LIỆU NHỰA PA66” được thực hiện tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Nội dung đề tài tập trung giải quyết các vấn đề: Tìm hiểu tổng quan về vật liệu nhựa. Tìm hiểu về cơng nghệ ép phun. Thiết kế và chế tạo khuơn tạo mẫu thử theo tiêu chuẩn ISO 178: 2010 Độ bền uốn của vật liệu nhựa. Ép mẫu và tiến hành thí nghiệm đo độ bền uốn của mẫu. Cơng trình nghiên cứu đã xây dựng phương trình thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các thơng số: nhiệt độ nhựa, áp suất phun tới độ bền uốn của vật liệu nhựa PA66. Học viên thực hiện Vũ Viết Chuyên vii
8. ABSTRACT Nowaday, the plastic products made from injection molding technology taking a lot on the market. Requirements for the quality of plastic product is concerned more and more. Plastic product quality depends on many factors. Among them, the parameters in the process of injection molding directly affect the durability of the product. Thesis “INFLUENCE OF INJECTION PARAMETERS TO FLEXURAL STRENGTH OF PA66 PLASTIC MATERIAL” was made at the Ho Chi Minh city University of Technology and Education. The thesis’s content focus on: - Rechearching overview about plastic material. - Rechearching overview about Injection molding technology. - Designing and manufacturing the mold following Iso 178:2010 standard. - Injecting specimens and testing the flexural strength of them. The research has developed experiment equations to evaluate the effects of the parameters: plastic temperature, injection pressure to flexural strength of PA66 plastic materials. Author Vu Viet Chuyen viii
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài ii Lý lịch cá nhân iii Lời cam đoan iv Cảm tạ v Tĩm tắt vi Mục lục viii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN i 1.1. Tổng quan hướng nghiên cứu i 1.1.1. Các đề tài nghiên cứu trong nước i 1.1.2. Các đề tài nghiên cứu ngồi nước iv 1.2. Tính cấp thiết của đề tài vii 1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế viii 1.3.1. Ý nghĩa khoa học viii 1.4. Mục đích nghiên cứu, khách thể nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu ix 1.4.1. Mục đích nghiên cứu ix 1.4.2. Khách thể nghiên cứu x 1.4.3. Đối tượng nghiên cứu x 1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài x 1.5.1. Nhiệm vụ nghiên cứu xi 1.5.2. Giới hạn đề tài xi 1.6. Phương pháp nghiên cứu xii CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT xv 2.1. Giới thiệu cơng nghệ khuơn ép phun. xv 2.2. Giới thiệu IMOLD module mới thiết kế khuơn. xxv 2.3. Phần mềm xử lý thống kê Statgraphics centurion xxx ix
10. 2.4. Phương pháp điều khiển nhiệt khuơn xxxi 2.4.1. Điều khiển nhiệt bằng nước, hơi nước, dầu nĩng xxxii 2.4.2. Điều khiển nhiệt bằng điện trở xxxiii 2.4.3. Điều khiển nhiệt bằng khí xxxiv 2.5. Độ bền của vật liệu. xxxvii 2.5.1. Độ bền uốn của vật liệu xxxvii 2.5.2. Độ bền kéo xxxviii 2.5.3. Độ bền mỏi xxxix 2.5.4. Độ bền nén xli 2.5.5. Độ dẻo của vật liệu xlii 2.6. Tiêu chuẩn Iso 178:2010 xliii CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ KHUƠN xlviii 3.1. Quy trình thiết kế khuơn. xlix 3.1.1 Thiết kế sản phẩm xlix 3.1.2 Tính tốn độ co rút và bố trí lịng khuơn lii 3.1.3 Thiết kế chày khuơn, cối khuơn liii 3.1.4 Thiết kế hệ thống phun nhựa lvii 3.1.5 Thiết kế hệ thống dẫn hướng và định vị lxv 3.1.6 Thiết kế hệ thống đẩy lxv 3.1.7 Thiết kế hệ thống chốt hồi lxix 3.1.8 Thiết kế hệ thống thốt khí lxix 3.1.9 Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ khuơn lxx 3.2. Tính khả thi của sản phẩm ép nhựa. lxxi 3.3. Phân tích dịng chảy nhựa để kiểm tra và tối ưu hĩa sản phẩm. lxxiii CHƯƠNG 4 GIA CƠNG KHUƠN HỒN CHỈNH lxxxviii 4.1. Các bộ phận của khuơn. lxxxix 4.2. Các tấm khuơn. xciv 4.3. Các chi tiết khác trong bộ khuơn xcv 4.4. Khối lượng các tấm khuơn. xcvi x
11. 4.5. Gia cơng các tấm khuơn. xcvii 4.6. Gia cơng gối đỡ. xcix 4.7. Gia cơng tấm kẹp dưới cii 4.8. Gia cơng tấm kẹp trên cvi 4.9. Gia cơng khuơn cố định cx 4.10. Gia cơng khuơn di động cxv 4.11. Gia cơng tấm đẩy cxxi 4.12. Gia cơng tấm giữ cxxiv 4.13. Quá trình làm nguội. cxxviii 4.14. Đánh bĩng bộ khuơn. cxxix 4.15. Khuơn gia cơng thực tế và lắp ráp cxxxiv CHƯƠNG 5: ÉP MẪU, THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU cxl 5.1. Các yếu tố ảnh hưởng cxl 5.2. Thành lập các điều kiện tiến hành thí nghiệm cxliii 5.3. Tính tốn số lượng thí nghiệm cxlv 5.4. Quy trình tiến hành thí nghiệm cxlviii 5.5. Thực hiện thí nghiệm. cxlix 5.5.1. Dụng cụ thí nghiệm cxlix 5.5.2. Mẫu thí nghiệm cli 5.5.3. Điều kiện thí nghiệm clii 5.5.4. Kết quả thí nghiệm cliii CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ clxxiii 6.1. Kết luận clxxiii 6.2. Khuyến nghị clxxv xi
12. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Sản phẩm cơng nghệ ép phun xvi Hình 2.2: Nguyên lý ép phun xvii Hình 2.3: Kết cấu bộ khuơn xx Hình 2.4: Tách khuơn trên Imold xxvii Hình 2.5: Lắp ráp khuơn trên Imold. xxviii Hình 2.6: Thiết kế các chi tiết theo tiêu chuẩn xxx Hình 2.7: Điều khiển nhiệt bằng nước nĩng xxxiii Hình 2.8: Điều khiển nhiệt độ khuơn bằng điện trở xxxiii Hình 2.9: Máy gia nhiệt nước nĩng xxxv Hình 2.10: Nước được gia nhiệt đưa vào lịng khuơn xxxvi Hình 2.11: Nước nĩng được đưa vào khuơn xxxvii Hình 2.12: Biểu đồ mỏi xli Hình 2.13: Hướng lực nén lên vật liệu xlii Hình 2.14. Mẫu thử độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 178: 2010. xliv Hình 2.15: Thí nghiệm uốn 3 điểm xlvi Hình 3.1: Quy trình thiết kế khuơn xlix Hình 3.2: Mối quan hệ giữa bề rộng và bề dày của sản phẩm. l Hình 3.3: Gĩc vát thốt khuơn theo lý thuyết lii Hình 3.4: Sản phẩm sau khi tối ưu hĩa thiết kế lii Hình 3.5: Khuơn dương lv Hình 3.6: Khuơn âm lvi Hình 3.7: Kết quả phân tích vị trí cổng phun. lvii Hình 3.8: Kích thước miệng phun lix Hình 3.9: Kích thước cuống phun cho thiết kế lxiii Hình 3.10: Kích thước bạc cuống phun cho thiết kế lxiv xii
13. Hình 3.11: Bạc dẫn Ø16x30 lxv Hình 3.12: Chốt dẫn hướng Ø16x80 lxv Hình 3.13: Ty đẩy Ø4x80 lxvi Hình 3.14: Chốt hồi Ø12x84 lxvi Hình 3.15: Ty giật đuơi keo Ø4x77 lxvi Hình 3.16 : Tấm đẩy lxvii Hình 3.17 : Tấm giữ lxvii Hình 3.18 : Gối đỡ lxviii Hình 3.19. Điều khiển nhiệt độ khuơn âm. lxxi Hình 3.20. Điều khiển nhiệt độ khuơn dương. lxxi Hình 3.21. Chọn vật liệu mơ phỏng lxxiv Hình 3.22. Thời gian điền đầy cho bộ sản phẩm là 1.355s. lxxvi Hình 3.23: Nơi điền đầy cuối cùng lxxvii Hình 3.24: Bảng biểu thể hiện quá trình điền đầy khuơn lxxix Hình 3.26: Mơ phỏng dịng chảy nhựa lxxx Hình 3.28: Mơ phỏng lỗi đường hàn trên sản phẩm. lxxxii Hình 3.29: Lỗi bọt khí lxxxiii Hình 3.30: Mơ phỏng sự co rút thể tích lxxxiv Hình 3.31: Mơ phỏng lực kẹp khuơn. lxxxv Hình 3.32: Mơ phỏng lõm bề mặt. lxxxvi Hình 4.1: Mơ phỏng bộ khuơn trên solidworks xc Hình 4.2: Kích thước tổng quan của khuơn xcii Hình 4.3: Tấm kẹp trên xciv Hình 4.4: Tấm kẹp dưới xciv Hình 4.5: Tấm đẩy xciv Hình 4.6: Tấm giữ xciv Hình 4.7: Tấm lịng khuơn âm xciv Hình 4.8: Lịng khuơn dương xciv Hình 4.9: Gối đỡ xciv Hình 4.10: Bạc cuống phun xcv Hình 4.11: Vịng định vị xcv Hình 4.12: Lị xo xcv Hình 4.13: Bạc dẫn Ø16x30 xcv Hình 4.14: Chốt dẫn hướng Ø16x80 xcv xiii
14. Hình 4.15: Chốt hồi Ø12x84 xcv Hình 4.16: Ty đẩy Ø4x80 xcv Hình 4.17: Ty giật đuơi keo Ø4x77 xcv Hình 4.18: Bulơng M8x28 (tấm đẩy) xcv Hình 4.19: Bulơng M12x45 (tấm kẹp trên) xcv Hình 4.20: Bulong M6 xcvi Hình 4.21: Bản vẽ gối đỡ c Hình 4.22: Bản vẽ tấm kẹp dưới civ Hình 4.23: Bản vẽ tấm kẹp trên cviii Hình 4.24: Bản vẽ khuơn cố định cxii Hình 4.25: Bản vẽ khuơn di động cxviii Hình 4.26: Bản vẽ tấm đẩy cxxii Hình 4.27: Bản vẽ tấm giữ cxxvi Hình 4.28: Dũa kim cương cxxx Hình 4.29: Dũa nhỏ - mĩc cxxx Hình 4.30: Máy khoan tay cxxxi Hình 4.31: Đá mài các loại cxxxi Hình 4.32: Sáp mài cxxxii Hình 4.33: Giấy nhám cxxxii Hình 4.34: Hĩa chất đánh bĩng Metal Polish - AutoSol cxxxiii Hình 4.35: Khuơn dương cxxxiv Hình 4.36: Khuơn âm cxxxv Hình 4.37: Gối đỡ cxxxvi Hình 4.38: Ti đẩy, trục dẫn hướng, lị xo cxxxvii Hình 4.39: Vịng định vị, bạc cuống phun cxxxviii Hinh 4.40: Khuơn lắp ráp thực tế cxxxix Hình 5.1: Máy ép nhựa cl Hình 5.2: Máy đo độ bền uốn UTC 50. cli Hình 5.3: Mẫu thí nghiệm. clii Hình 5.4: Máy đo độ bền uốn UTC50 cliii Hình 5.5: Thí nghiệm uốn trên máy UTC50 cliii Hình 5.6: Mẫu uốn sau khi thí nghiệm. cliv Hình 5.7: Biểu đồ ứng suất uốn clv Hình 5.8: Đồ thị mặt hồi quy tuyến tính trường hợp 1 clxiv xiv
15. Hình 5.9: Mặt hồi quy trường hợp 2 clxvi Hình 5.10: Mặt hồi quy trường hợp 3 clxvii Hình 5.11: Mặt hồi quy trường hợp 4 clxix xv
16. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3. 1: Khối lượng sản phẩm lxxii Bảng 4. 1: Khối lượng các tấm khuơn xcvii Bảng 4. 2: Số lượng các tấm khuơn xcviii Bảng 4. 3: Gia cơng gối đỡ ci Bảng 4. 4: Phiếu cơng nghệ gia cơng gối đỡ cii Bảng 4. 5: Gia cơng tấm kẹp dưới civ Bảng 4. 6: Phiếu cơng nghệ gia cơng tấm kẹp dưới cvi Bảng 4. 7: Gia cơng tấm kẹp trên cix Bảng 4. 8: Phiếu cơng nghệ gia cơng tấm kẹp trên cx Bảng 4. 9: Gia cơng khuơn cố định cxiv Bảng 4. 10: Phiếu cơng nghệ gia cơng khuơn cố định cxv Bảng 4. 11: Gia cơng khuơn di động cxx Bảng 4. 12: Phiếu cơng nghệ gia cơng khuơn di động cxxi Bảng 4. 13: Gia cơng tấm đẩy cxxiii Bảng 4. 14: Phiếu cơng nghệ gia cơng tấm đẩy cxxiv Bảng 4. 15: Gia cơng tấm giữ cxxvii Bảng 4. 16: Phiếu cơng nghệ gia cơng tấm giữ cxxviii Bảng 5. 1: Khoảng khảo sát cxliv Bảng 5. 2: Các thơng số giữ cố định cxlv Bảng 5. 3: Bảng ma trận thí nghiệm cxlviii Bảng 5. 4: Tải trọng phá hoại clix Bảng 5. 5: Kết quả độ bền uốn clx Bảng 5. 6: Đánh giá mức độ tin cậy vào model. clxxi xvi
17. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan hướng nghiên cứu 1.1.1. Các đề tài nghiên cứu trong nước - Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuơn đến quá trình giải nhiệt khơng liên tục của khuơn phun ép nhựa” năm 2014 – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM. - Đề tài “Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều dài dịng chảy của nhựa lỏng trong khuơn phun ép nhựa”. Đề tài được thực hiện Th.s Dương Thị Vân Anh – trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM. Trong qui trình phun ép nhựa, khi vận hành máy ép để sản xuất sản phẩm nhựa hàng loạt, việc lựa chọn nhiệt độ hợp lý sẽ giúp nhựa lỏng dễ dàng điền đầy lịng khuơn, i
18. giảm các khuyết tật của sản phẩm nhựa, đặc biệt đối với sản phẩm cĩ bề dày nhỏ (thành mỏng) và chiều dài lớn. Với nghiên cứu này, nhĩm tác giả sẽ gia nhiệt nước giải nhiệt khuơn ở những nhiệt độ nhất định, rồi đưa nước vào hệ thống giải nhiệt khuơn, làm thay đổi nhiệt độ khuơn, để tìm hiểu và đánh giá mối liên hệ giữa nhiệt độ khuơn và chiều dài dịng chảy của nhựa lỏng điền đầy lịng khuơn. Sau quá trình thí nghiệm, chiều dài sản phẩm sẽ được tiến hành đo kiểm. Qua quá trình nghiên cứu, các kết quả cho thấy nhiệt độ càng cao sẽ giúp tăng chiều dài dịng chảy. Ngồi ra, với phần mềm mơ phỏng Moldflow, quá trình nhựa nĩng chảy vào lịng khuơn với các giá trị nhiệt độ khác nhau cĩ thể được dự đốn khá chính xác. ii
19. - Nghiên cứu “Ảnh hưởng của nhiệt độ khuơn và nhiệt độ nhựa tới độ cong vênh của sản phẩm dạng tấm” Đề tài được thực hiện bởi Ths. Lê Võ – trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM. Trong qua trình ép phun, thơng số nhiệt độ khuơn và nhiệt độ phun ảnh hưởng lớn tới độ cong vênh của sản phẩm, đặc biệt là với các sản phẩm dạng tấm. Với đề tài này, tác giả khảo sát cùng nhiệt độ khuơn từ 30 – 90 oC và vùng nhiệt độ nhựa từ 200 oC tới 280 oC để đánh giá ảnh hưởng của 2 thơng số này. Kết quả đề tài chỉ ra rằng: khi tăng nhiệt độ từ 30 – 90 oC, độ cong vênh của sản phẩm thay đổi khơng đáng kể, vì thế cĩ thể sử dụng phương pháp tang nhiệt độ khuơn cho điền đầy lịng khuơn. Khi tăng nhiệt độ nhựa từ 200 – 280 oC, độ cong vênh của sản phẩm thay đổi đáng kể. chiều dày của sản phẩm cĩ ảnh hưởng lớn đến độ cong iii
20. 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. 1.1.2. Các đề tài nghiên cứu ngồi nước - Đề tài “Influence of injection molding parameters on the electrical resistivity of polycarbonate filled with multi-walled carbon nanotubes” – năm 2008. Đề tài được thực hiện bởi Tobias Villmow, Sven Pegel, Petra Pưtschke. Nhĩm tác giả sử dụng 2 vật liệu polycarbonate với 2% và 5% ống nano carbon để nghiên cứu tính dẫn điện của 2 sản phẩm bằng cách thay đổi các thơng số: áp suất giữ, vận tốc phun, nhiệt độ khuơn, nhiệt độ phun đến tính dẫn điện bề mặt cũng như điện trở suất của 2 vật liệu. iv
21. S K L 0 0 2 1 5 4