Luận văn Nghiên cứu chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn (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 NGUYỄN ÁNH VÂN HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MODULE GIA NHIỆT CHO KHUÔN ÉP NHỰA BẰNG KHÍ NÓNG PHUN TỪ NGOÀI KHUÔN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 5 0 5 2 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 NGUYỄN ÁNH VÂN HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MODULE GIA NHIỆT CHO KHUÔN ÉP NHỰA BẰNG KHÍ NÓNG PHUN TỪ NGOÀI KHUÔN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ÁNH VÂN HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MODULE GIA NHIỆT CHO KHUÔN ÉP NHỰA BẰNG KHÍ NÓNG PHUN TỪ NGOÀI KHUÔN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HIẾU GIANG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Ánh Vân Hà Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/05/1974 Nơi sinh: Quảng Trị Quê quán: Quảng Trị Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Số 36, đường Dân Chủ, phường Bình Thọ, quận Thủ Đức Điện thoại cơ quan: 08.37313802 Điện thoại nhà riêng: 0978797557 Fax: 08.37313802 E-mail: nguyenanhvanha6868@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: chính qui Thời gian đào tạo từ đến Nơi học (trường, thành phố): 2. Đại học: Hệ đào tạo: Mở rộng Thời gian đào tạo từ 1992 đến 1996 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế dây chuyền súc rửa chai bia Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Khoa cơ khí chế tạo – trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: - Giảng viên: Phan Minh Thanh - Giảng viên: Trần Ngọc Hào III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH dược phẩm - Nhân viên phòng kỹ thuật 1996 - 2002 Hisamitsu Việt Nam - Phụ trách kinh doanh - Trưởng bộ môn cắt gọt kim loại - Thành viên ban quản lý dự án Trường Cao đẳng nghề Kỹ - Phụ trách phòng thực tập sản xuất 2002 - 2016 thuật Công nghệ Tp. Hồ Chí và dịch vụ Minh - Phụ trách phòng Khảo thí và kiểm định chất lượng - Giảng dạy tại khoa cơ khí chế tạo i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 3 năm 2016 Học viên (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Ánh Vân Hà ii
6. CẢM TẠ Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, học trò kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:  PGS. TS Lê Hiếu Giang, các thầy đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên học trò trong suốt quá trình thực hiện.  Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hướng dẫn học trò và các thành viên trong lớp, trong toàn bộ khoá học.  Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phòng 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.  Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, tập thể cán bộ quản lý, giáo viên trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ Tp. Hồ Chí Minh đã hỗ trợ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập Kính chúc Quý thầy, cô thật nhiều sức khỏe. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 3 năm 2016 Học viên Nguyễn Ánh Vân Hà iii
7. TÓM TẮT Kỹ thuật gia nhiệt cho khuôn phun ép nhựa đóng vai trò ngày càng quan trọng trong quá trình gia công các sản phẩm nhựa yêu cầu kỹ thuật cao. Nhằm phục vụ cho quá trình nghiên cứu về kỹ thuật gia nhiệt cho bề mặt khuôn. Đề tài “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MODULE GIA NHIỆT CHO KHUÔN ÉP NHỰA BẰNG KHÍ NÓNG PHUN TỪ NGOÀI KHUÔN” được tiến hành trong khoảng 1 năm tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, cho phép giảm thời gian gia nhiệt khuôn bởi khả năng truyền dẫn nhiệt cao và khả năng làm nóng cục bộ, giảm thiểu chi phí sản xuất và chất lượng bề mặt được nâng cao đáng kể. Sau quá trình thực hiện, đề tài đã giải quyết được các vấn đề sau: - Tìm hiểu về các phương pháp gia nhiệt. - Phân tích và tìm ra được phương án gia nhiệt bằng khí nóng tối ưu trên phần mềm Ansys. - Thiết kế và gia công khối gia nhiệt. - Thiết kế module gia nhiệt hoàn chỉnh: khung, mạch điện, cơ cấu truyền động. - Thực hiện thí nghiệm đo nhiệt độ, thu thập dữ liệu và đưa ra biểu đồ so sánh nhiệt độ thực tế với mô phỏng trên Ansys. - Đánh giá kết quả và đề ra một vài phương án để phát triển sản phẩm cho công nghệ phun ép nhựa ở Việt Nam. iv
8. ABSTRACT In injection molding cycle, the mold heating process is becoming more and more important, especially with the molding of high quality product. To support for this research direction, the topic of “Studying and manufacturing heating module with the hot air source from outside for injection molding” has been finished for a year at Ho Chi Minh University of Technology and Education. The thesis’s content focused on: - Studying on heating methods. - Analyzing and finding out the most optimal heating method with the hot air by Ansys software. - Designing and manufacturing heating box. - Doing experiments to measure the temperature, make the chart from experiments and compare the real results with simulation results in Ansys software. - Designing the complete heating module: frame, electrical circuit, driving structure. - Evaluating the result and propose some other methods to develop product for injection molding technology. v
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh sách các hình viii Danh sách các bảng x CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1. TỔNG QUAN HƯỚNG NGHIÊN CỨU 1 1.1.1. Các đề tài nghiên cứu trong nước 2 1.1.2. Các đề tài nghiên cứu ngoài nước 3 1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 6 1.3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 6 1.3.1. Ý nghĩa khoa học 6 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn 7 1.4. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU, KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 7 1.4.1. Mục đích nghiên cứu 7 1.4.2. Khách thể nghiên cứu 7 1.4.3. Đối tượng nghiên cứu 8 1.5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 8 1.5.1. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu 8 1.5.2. Giới hạn đề tài 9 1.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 vi
10. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1. CÔNG NGHỆ ÉP PHUN 11 2.1.1. Giới thiệu công nghệ ép phun 11 2.1.2. Các phương thức trao đổi nhiệt 11 2.1.3. Phương pháp gia nhiệt cho khuôn phun ép bằng khí nóng 18 2.2. PHẦN MỀM ANSYS 19 2.2.1. Giới thiệu chung về phần mềm Ansys 19 2.2.2. Giới thiệu về phần mềm ANSYS – Module CFX 22 CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM 24 3.1. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 24 3.2. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 25 3.3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN 26 3.3.1. Mạch điện điều khiển xy-lanh khí nén 26 3.3.2. Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống: 26 3.4. CHẾ TẠO MODULE GIA NHIỆT VÀ TAY MÁY 1 BẬC TỰ DO 27 3.4.1. Khối gia nhiệt 27 3.4.2. Hình ảnh thực tế quá trình chế tạo module gia nhiệt 28 CHƯƠNG 4 THÍ NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 32 4.1. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 32 4.2. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 36 4.2.1. Kết quả so sánh nhiệt độ mô phỏng và thực nghiệm 36 4.2.2. Đánh giá, kết quả 37 4.3. ỨNG DỤNG TAY MÁY GIA NHIỆT CHO CÁC NGHIÊN CỨU VỀ GIA NHIỆT CHO KHUÔN BẰNG KHÍ NÓNG 40 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 45 5.1. KẾT LUẬN 45 5.2. KIẾN NGHỊ 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 vii
11. DANH SÁCH CÁC HÌNH TRANG Hình 1.1: Các sản phẩm nhựa 1 Hình 1.2: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước 4 Hình 1.3: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại 4 Hình 1.4: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng 5 Hình 1.5: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ 5 Hình 1.6: Nội dung nghiên cứu 9 Hình 2.1: Cơ cấu máy ép phun 11 Hình 2.2: Nguyên lý dẫn nhiệt. 13 Hình 2.3: Tỏa nhiệt đối lưu giữa bề mặt vật rắn và khí 14 Hình 2.4: Các dạng Truyền nhiệt đối lưu 14 Hình 2.5: Truyền nhiệt bức xạ 16 Hình 2.6: Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng 17 Hình 2.7: Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống 18 Hình 2.8: Vùng gia nhiệt 19 Hình 2.9: Phần mềm Ansys 20 Hình 2.10: Mô phỏng đàn hồi tuyến tính 20 Hình 2.11: Mô phỏng dòng chảy 21 Hình 2.12: Mô phỏng ứng suất chi tiết 21 Hình 2.13: Mô phỏng dòng chảy của khí 22 Hình 2.14: Tiến trình giải bài toán Ansys - CFX 22 Hình 2.15: Giao diện cần thực hiện của CFX 22 Hình 2.16: Kết quả của mô phỏng CFX 23 Hình 3.1: Mô hình mô phỏng và mô hình lưới 24 Hình 3.2: Nguyên lý phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn 26 Hình 3.3: Mạch điện điều khiển xy-lanh khí nén 26 Hình 3.4: Khối gia nhiệt 1 vòi phun 27 viii
12. Hình 3.5: Khối gia nhiệt 2 vòi phun 28 Hình 3.6: Lắp thử lên máy để kiểm tra độ cứng vững của khung đỡ 28 Hình 3.7: Lắp thử lên máy để kiểm tra độ cứng vững của khung đỡ 29 Hình 3.8: Mạch điện thực tế 29 Hình 3.9: Lắp mạch điều khiển xy lanh và heater vào bộ khung module 29 Hình 3.10: Module đã được chế tạo hoàn chỉnh 30 Hình 3.11: Lắp module lên máy ép 30 Hình 3.12: Lắp module lên máy ép và tiến hành chạy thử 31 Hình 4.1: Chuẩn bị vận hành 34 Hình 4.2: Vận hành 34 Hình 4.3: Vận hành, điều khiển vị trí vòi phun 35 Hình 4.4: Vòi phun đang di chuyển đi xuống 35 Hình 4.5: Module đã vào vị trí phun 35 Hình 4.6: Phun khí 36 Hình 4.7: Vị trí đo nhiệt độ 37 Hình 4.8: Phân bố nhiệt độ tại bề mặt tấm insert 38 Hình 4.9: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm quá trình gia nhiệt bằng từ trường 40 Hình 4.10: Thay đổi nhiệt độ khuôn với phương pháp gia nhiệt bằng từ trường. 40 Hình 4.11: Thí nghiệm gia nhiệt cho cổng phun 41 Hình 4.12: Thí nghiệm gia nhiệt cho sản phẩm dạng lưới 42 Hình 4.13: Thí nghiệm về chiều dài dòng chảy nhựa 43 Hình 4.14: Thí nghiệm về làm mờ đường hàn 44 ix
13. DANH SÁCH CÁC BẢNG TRANG Bảng 2.1: Chiều dài bức xạ 16 Bảng 3.1: Các trường hợp mô phỏng quá trình gia nhiệt cho lòng khuôn. 25 Bảng 3.2: Tính chất vật liệu thép C45 và Nhôm 6061 25 Bảng 4.1: Nhiệt độ tại bề mặt khuôn sau 20 s gia nhiệt bằng khí nóng 37 x
14. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN HƯỚNG NGHIÊN CỨU Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng các sản phẩm nhựa đang rất cao, doanh số thị trường ngày càng cao đòi hỏi năng lực sản xuất phải luôn được nâng cao và cải tiến để đáp ứng nhu cầu. Bên cạnh đó, khách hàng không chỉ chú ý đến chất lượng mà ngày càng quan tâm đặc biệt đến vấn đề kiểu dáng, thẩm mỹ, thời trang. Vì vậy, nhu cầu về khuôn ép nhựa ngày càng cao, trong khi những công ty thiết kế, sản xuất khuôn ép nhựa còn rất ít, đội ngũ kỹ sư thiết kế có tay nghề cao, chuyên sâu còn rất thiếu. Về lĩnh vực công nghệ này ở Việt Nam nói chung, khu vực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng còn khá mới, có rất ít trường đào tạo chuyên sâu về lĩnh vực này. Hình 1.1: Các sản phẩm nhựa Khuôn ép nhựa là cụm chi tiết chính để sản xuất ra các sản phẩm nhựa. Do đó việc thiết kế, chế tạo khuôn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, chính xác để tạo ra các sản phẩm nhựa có chất lượng luôn được đặt lên hàng đầu. Vấn đề đặt ra ở đây là mặc dù có khuôn tốt, chất lượng, yêu cầu kỹ thuật đảm bảo, nhưng sản phẩm sau khi ép vẫn xảy ra các lỗi hư hỏng, một trong những nguyên nhân là việc gia nhiệt, 1
15. giải nhiệt cho khuôn. Đây là một quá trình rất phức tạp, ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng sản phẩm ép và hiện đang nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu. Để giải quyết những vấn đề tồn tại này, một số nghiên cứu trong và ngoài nước đã được tiến hành theo các hướng trình bày dưới đây. 1.1.1. Các đề tài nghiên cứu trong nước Hiện nay, các doanh nghiệp Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực nhựa đã có định hướng về nghiên cứu tối ưu hóa quá trình giải nhiệt cho khuôn phun ép nhằm giải quyết bài toán về chi phí sản xuất trong ngành nhựa. Trong quá trình tìm hiểu, các doanh nghiệp Việt Nam đang trong quá trình khai thác một số phần mềm chuyên dùng cho mô phỏng quá trình gia công nhựa như: C-Mold, Moldflow, Moldex3D, Ngoài ra, trong nghiên cứu, đã có một số đề tài tìm hiểu và ứng dụng công cụ CAD – CAM – CAE được tiến hành như sau: - Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên LÊ MINH TRÍ (ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM): “Tối ưu hóa giải nhiệt khuôn ép phun”. Luận văn này đã đề cập đến cơ sở của việc thiết kế hệ thống giải nhiệt của khuôn ép phun dựa trên lý thuyết truyền nhiệt, ứng dụng phương pháp này để tính toán hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm là một tấm mỏng, sau đó sử dụng phần mềm Moldflow để mô phỏng, kiểm tra kết quả. Tuy nhiên, nội dung đề tài này chưa đưa ra được phương pháp tối ưu cho việc thiết kế hệ thống giải nhiệt, và việc tính toán, mô phỏng chỉ dừng lại ở một chi tiết quá đơn giản, chưa phù hợp với yêu cầu thực tế. - Luận văn tốt nghiệp cao học của học viên NGUYỄN VĂN THÀNH (ĐH Bách Khoa TP HCM): “Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD / CAE”. Luận văn này đã đề cập đến lý thuyết truyền nhiệt và ứng dụng nó trong khuôn ép phun, nhằm xác định kích thước và phân bố hệ thống làm nguội, xây dựng được qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD / CAE, áp dụng qui trình này cho sản phẩm là khuôn vỏ bình nước nóng. - Đề tài nghiên cứu khoa học – công nghệ, PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH đã thực hiện đề tài: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE, xác định thông số miệng phun, vùng dồn nén khí, kích thước kênh dẫn nhựa, hệ thống giải nhiệt 2
16. hợp lý cho khuôn ép phun nhựa” (thuộc chương trình “Nghiên cứu tự động hóa” của thành phố), thực hiện trong thời gian 9-2003 đến 8-2004, nghiệm thu ngày 30-8- 2004. Trong đề tài này, tác giả đã sử dụng phần mềm Moldflow nhằm tối ưu hóa hệ thống giải nhiệt cho chi tiết vỏ bình cách nhiệt, cũng như các thông số trong quá trình thiết kế khuôn như: số miệng phun, vùng dồn nén khí, kích thước kênh dẫn nhựa. Kết quả cho thấy công cụ CAE (phần mềm Moldflow có khả năng hỗ trợ khá tốt cho người thiết kế trong quá trình thiết kế khuôn. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả vẫn còn tập trung vào qui trình phun ép thông dụng. Các bước hỗ trợ quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn vẫn chưa được đề cập đến. Tuy nhiên, đến hiện nay, với các nghiên cứu trong nước, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn chỉ được hiểu và thực hiện theo hướng giải nhiệt cho khuôn, với mục tiêu quan trọng nhất là làm nguội khuôn trong thời gian ngắn nhất. Ngược lại, quá trình gia nhiệt cho khuôn vẫn chưa được quan tâm đúng mức. 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 thấp, và chủ yếu tập trung vào lĩnh vực hàng tiêu dùng. 1.1.2. Các đề tài nghiên cứu ngoài nước Hiện nay, trong lĩnh vực khuôn phun ép nhựa, điều khiển nhiệt độ khuôn tối ưu là một trong những cách hiệu quả nhất nhằm nâng cao chất lượng bề mặt khuôn [1, 2]. Nhìn chung, nếu nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cao, quá trình điền đầy nhựa 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 của các tấm khuôn tăng cao, quá trình giải nhiệt của khuôn nhựa sẽ bị kéo dài, và chu kỳ phun ép sẽ tốn nhiều thời gian, giá thành sản phẩm cũng sẽ gia tăng. Vì vậy, mục tiêu quan trọng của quá trình điều khiển nhiệt độ khuôn phun ép là: gia nhiệt cho bề mặt khuôn đến nhiệt độ yêu cầu, nhưng vẫn đảm bảo thời gian chu kỳ phun ép không quá dài. Nhìn chung, dựa vào ảnh hưởng nhiệt độ lên tấm khuôn, quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia làm 2 nhóm chính: gia nhiệt cả tấm khuôn (volume heating) và gia nhiệt cho bề mặt khuôn (surface heating). Trong nhóm thứ nhất, phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước (steam heating) có thể đạt được tốc độ gia 3
17. nhiệt từ 1oC/s đến 3oC/s [3]. Độ gia nhiệt theo phương pháp này không được đánh giá cao và quá trình giải nhiệt cho khuôn cũng sẽ gặp nhiều khó khăn. Hình 1.2: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước (Steam heating) Trong nghiên cứu khác, tốc độ gia nhiệt được cải tiến đáng kể khi phương pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn được sử dụng. Quá trình điền đầy của nhựa vào lòng khuôn được cải thiện khi bề mặt khuôn được phủ 1 lớp cách nhiệt. Phương pháp này có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 25oC [4, 5]. Sau đó, hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại (infrared heating), hình 1.3, được nghiên cứu và ứng dụng cho khuôn phun ép nhựa [6, 7]. Hình 1.3: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại (infrared heating system) 4
18. Ngoài ra, nhằm đáp ứng yêu cầu gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) đã được nghiên cứu và đánh giá [8, 9]. Với phương pháp này, nhiệt độ bề mặt khuôn có thể được tăng từ 60oC đến 120oC trong thời gian 2 s. Tuy nhiên, quá trình gia nhiệt này sẽ đạt tới trạng thái bảo hòa khi thời gian gia nhiệt kéo dài hơn 4 s. Ưu điểm của phương pháp “gas heating” là tốc độ gia nhiệt rất nhanh, và thời gian chu kỳ của sản phẩm sẽ được rút ngắn. Tuy nhiên, thiết kế của khuôn phun ép (Hình 1.4) cần được thực hiện lại nhằm tích hợp hệ thống gia nhiệt vào. Hình 1.4: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng (Gas heating) Tương tự với các phương pháp gia nhiệt bề mặt (surface heating), phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (induction heating) đã được ứng dụng nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đường hàn (welding line), cũng như các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa. Hình 1.5: Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ (Induction heating) Trong các nghiên cứu mới đây, phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được kết hợp với lưu chất giải nhiệt nhằm điều khiển nhiệt độ khuôn. Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác như: 5
19. - Tốc độ gia nhiệt nhanh - Thời gian gia nhiệt có thể kéo dài đến 20s - Có thể ứng dụng cho khuôn phun ép như một module đính kèm, nghĩa là không cần thay đổi kết cấu khuôn có sẵn - Tay máy mang bộ phận gia nhiệt cần di chuyển nhanh và chính xác. 1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Từ các phân tích trên, ta thấy hiện nay ở nước ngoài cũng như ở Việt Nam việc gia nhiệt cho khuôn trong quá trình sản xuất chế tạo sản phẩm nhựa luôn được quan tâm nghiên cứu. Việc gia nhiệt về nguyên tắc có nhiều phương pháp nhưng cho đến nay phương pháp tối ưu phù hợp với điều kiện sản xuất sản phẩm nhựa ở Việt Nam vẫn chưa được chỉ ra. Nếu có được phương pháp gia nhiệt tối ưu, chất lượng sản phẩm nhựa được nâng cao, chi phí sản xuất giảm sẽ làm tăng tính cạnh tranh của sản phẩm nhựa Việt Nam trên thị trường trong nước và quốc tế, đặc biệt là khu vực ASEAN. Nghiên cứu gia nhiệt cho khuôn ép bằng khí nóng trong quá trình ép là một hướng nghiên cứu nhận được sự quan tâm. Đề tài nghiên cứu chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn là một nhánh trong hướng nghiên cứu này, có ý nghĩa lớn đối với các doanh nghiệp sản xuất sản phẩm nhựa. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ giúp các doanh nghiệp đưa ra được quyết định về giải pháp kỹ thuật gia nhiệt cho khuôn – gia nhiệt bằng khí nóng phun từ ngoài – sẽ mang đến các hiệu quả kỹ thuật tốt hơn các biện pháp khác đang sử dụng. 1.3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 1.3.1. Ý nghĩa khoa học - Thông qua đề tài này, tay máy phục vụ cho hướng nghiên cứu về gia nhiệt cho khuôn trước khi nhựa điền đầy lòng khuôn sẽ được tiến hành chế tạo. Từ đó, các kết quả về ghi nhiệt khuôn sẽ được thực hiện. - Quá trình gia nhiệt cho lòng khuôn bằng khí nóng cũng được kiểm chứng tính khả thi với lòng khuôn có kích thước 50x100 mm và có chiều dày lần lượt 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm. 6
20. - Tính hiệu quả của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng cho qui trình phun ép cũng bước đầu được kiểm chứng thông qua các nghiên cứu kết hợp với đề tài này. - Đề xuất được thiết kế, kết cấu module gia nhiệt và tay máy phụ trợ cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn. - Khảo sát và đề xuất được chế độ ép, gia nhiệt khi vận hành khuôn để ép các sản phẩm nhựa. Module gia nhiệt và tay máy phụ trợ có thể được sử dụng cho nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến các sản phẩm của công nghệ ép phun. 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Giúp cho việc điều khiển nhiệt độ khuôn trở lên dễ dàng và chính xác, sau đó tạo ra sản phẩm theo đúng mong muốn của nhà sản xuất. - Giúp các doanh nghiệp có được giải pháp kỹ thuật gia nhiệt cho khuôn – gia nhiệt bằng khí nóng phun từ ngoài. - Kết cấu module gia nhiệt và tay máy phụ trợ có thể được áp dụng cho các sản phẩm ép tương tự có cùng công nghệ. 1.4. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU, KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4.1. Mục đích nghiên cứu - Mục tiêu chung: Đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu chế tạo module gia nhiệt cho khuôn ép nhựa bằng khí nóng phun từ ngoài khuôn - Mục tiêu cụ thể: o Tìm hiểu về công nghệ ép phun. o Phân tích, xác định các thông số của module gia nhiệt, đề xuất kết cấu liên quan o Thiết kế và chế tạo module gia nhiệt cho khuôn bằng khí phun từ ngoài. o Thực nghiệm các kết quả gia nhiệt cho lòng khuôn và phân tích, đánh giá kết quả bằng mô phỏng trên phần mềm Ansys. 1.4.2. Khách thể nghiên cứu - Khuôn ép nhựa. - Module gia nhiệt. 7
21. 1.4.3. Đối tượng nghiên cứu - Sự thay đổi nhiệt độ khuôn trong quá trình gia nhiệt bằng khí nóng - Tay máy gia nhiệt cho lòng khuôn bằng khí nóng. 1.5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.5.1. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu công nghệ ép phun - Phân tích, xác định các thông số của module gia nhiệt, đề xuất kết cấu liên quan - Phân tích, đánh giá mô phỏng nhiệt trên phần mềm Ansys. - Thiết kế và lập trình gia công trên mềm Creo Parametric 3.0. - Chế tạo và lắp ráp module gia nhiệt hoàn chỉnh. - Thử nghiệm thử trên máy ép nhựa SW – 120B SHINE WELL - Xử lý số liệu và đưa ra biểu đồ so sánh giữa mô phỏng trên phần mềm Ansys và thực tế. Để hoàn thành các nhiệm vụ như trên, các nội dung nghiên cứu sau sẽ được tiến hành: 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4