Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cổng phun đến khả năng điền đầy lòng khuôn phun ép nhựa

Nội dung text: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cổng phun đến khả năng điền đầy lòng khuôn phun ép nhựa

1. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ CỔNG PHUN ĐẾN KHẢ NĂNG ĐIỀN ĐẦY LÒNG KHUÔN PHUN ÉP NHỰA EFFECT OF GATE TEMPERATURE ON THE FILLING STEP IN INJECTION MOLDING PROCESS Phạm Sơn Minh (1), Nguyễn Hoài Phi (2) (1) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM (2) Công ty cổ phần Lilama 45.4 TÓM TẮT Nhằm nâng cao khả năng điền đầy lòng khuôn phun ép nhựa, bằng cách gia nhiệt cho vị trí cổng phun trước khi nhựa nóng chảy được ép vào khuôn phun ép, phương pháp gia nhiệt cho bề mặt cổng phun bằng khí nóng đã được ứng dụng. Trong nghiên cứu này, nguồn khí nóng được thay đổi từ 1200C,1500C, 2000C, 2500C, 3000C đã được sử dụng cho quá trình gia nhiệt bề mặt cổng phun với bề mặt gia nhiệt hình chữ nhật có kích thước 18 mm x 10 mm x 3mm. Qua phương pháp thực nghiệm, kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ bề mặt cổng phun sẽ tăng nhanh trong những lần phun đầu của quá trình gia nhiệt (mỗi lần phun 10 s), sau đó giá trị này sẽ tăng chậm và ổn định từ lần phun thứ 5 trở đi, tùy theo nguồn nhiệt khí nóng. Tại thời điểm ổn định, nhiệt độ tại bề mặt cổng phun tương ứng với mỗi nguồn khí nóng dao động trong 800C, 950C, 1100C, 1250C,1400C. Khả năng điền đầy của lòng khuôn cũng tăng dần theo nhiệt độ của cổng phun. Từ khóa: Phun ép, khuôn, gia nhiệt bằng khí nóng. ABSTRACT In order to rise the ability of the filling step in injection molding process by adding heat for the gate before the melting plastic pressed into the the injection mold, the method of adding heat for the gate with hot gas is applied. In this study, the hot gas from1200C,1500C, 2000C, 2500C to 3000C is used in the process of adding heat for the gate with the rectangle - shaped gate with dimensions of 18 mm x 10 mm x 3mm. By the experimental method, the test result shows the temperature of the gate will rise quickly in the first injections of the adding heat process (10 seconds for each injection), then the temperature will rise slowly and stably from the fifth injection in accordance with the hot gas. At the time of the stability, the temperature at the gate corresponding to each hot gas will fluctuate in the range of 800C, 950C, 1100C, 1250C and 1400C. The filling step in injection mold process also rises gradually in accordance with the temperature of the gate. Key words: injection molding, mold, adding heat with hot gas 1
2. I. GIỚI THIỆU Phun ép là công nghệ phun nhựa nóng chảy được định lượng chính xác vào trong lòng một khuôn đóng kín với áp lực cao và tốc độ nhanh, sau thời gian ngắn, sản phẩm được định hình, và khi đạt đến nhiệt độ nguội theo yêu cầu, sản phẩm được lấy ra ngoài. Sau đó, chu kỳ phun ép tiếp theo sẽ được tiến hành. Thời gian từ lúc đóng khuôn, phun nhựa, định hình sản phẩm, lấy sản phẩm ra khỏi khuôn, đóng khuôn gọi là thời chu kỳ của một lần ép sản phẩm. Trong quá trình điền nhựa vào khuôn với sản phẩm thành mỏng, những lớp nhựa tiếp xúc với bề mặt cổng phun của khuôn (bề mặt ở nhiệt độ thấp) sẽ đông lại. Quá trình đông lại ở bề mặt tiếp xúc với cổng phun sẽ làm giảm áp lực của dòng nhựa làm cho nhựa sẽ không điền đầy được lòng khuôn Hiện nay, sản phẩm nhựa rất đa dạng, từ hình dáng đơn giản đến phức tạp, từ kích thước lớn đến kích thước nhỏ. Với sự phát triển của xã hội, yêu cầu mới với công nghệ phun ép luôn được đặt ra, một trong những yêu cầu cấp thiết nhất là chế tạo các sản phẩm nhựa bằng công nghệ phun ép với bề dày ở nhỏ hơn 1 mm phục vụ cho các chip sinh học, các thiết bị quang học, Từ các yêu cầu này, nhằm khắc phục hiện tượng đông đặc quá nhanh của dòng nhựa chảy qua cổng phun, phương pháp nâng cao nhiệt độ bề mặt cổng phun đã được đề xuất. II. QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM Trong nghiên cứu này, khuôn phun ép dùng cho quá trình thí nghiệm về dòng chảy nhựa được sử dụng cho quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cổng phun đến khả năng điền đầy lòng khuôn với phương pháp gia nhiệt cổng phun bằng khí nóng.Kết cấu bộ khuôn thí nghiệm được trình bày như Hình 1. 2
3. Hình 1: Kết cấu tấm khuôn dương dùng thí nghiệm Tấm khuôn dùng cho quá trình thí nghiệm sẽ được gia công với một lòng khuôn và một cổng vào nhựa.Tại bề mặt cần gia nhiệt, cổng phun được cách nhiệt bởi vật liệu nhựa chịu nhiệt. Sau khi thí nghiệm phun khí nóng vào cổng phun với thời gian phun trong mỗichu kỳ phun ép là 10 s từ các nguồn khí nóng khác nhau sẽ xác định được khoảng nhiệt độ bề mặt cổng phun tương ứng với từng nguồn khí nóng. Kết quả thực nghiệm thể hiện trong Bảng 1, sự thay đổi nhiệt độ bề mặt cổng phun qua các nguồn khí nóng khác nhau được thể hiện trong biểu đồ Hình 2. Bảng 1: Kết quả thực nghiệm phun khí nóng bề mặt cổng phun ( oC) Thứ tự Không Phun nguồn Phun nguồn Phun nguồn Phun nguồn Phun nguồn chu kỳ phun khí khí nóng khí nóng khí nóng khí nóng khí nóng phun khí o o o o nóng 120 C 150 C 200 C 250 C 300oC nóng 1 48 60 74 86 93 2 55 69 97 107 116 30 3 62 74 102 118 128 4 69 84 106 120 133 3
4. 5 74 88 110 125 139 6 78 94 109 126 142 7 81 93 108 125 141 8 83 95 110 125 142 9 81 97 111 124 143 10 82 96 109 126 141 Hình 2: Sự thay đổi nhiệt độ bề mặt cổng phun qua các chu kỳ phun khí nóng Trong quy trình phun ép truyền thống, sau khi một chu kỳ phun ép được hoàn thành, hai tấm khuôn sẽ mở ra và sản phẩm sẽ được đẩy ra khỏi lòng khuôn. Sau đó, hai tấm khuôn sẽ đóng lại và một chu kỳ phun ép mới sẽ được bắt đầu. Tuy nhiên, với quy trình phun ép nhựa với sự hỗ trợ của khí nóng trong quá trình gia nhiệt cho cổng phun, sau khi sản phẩm được đẩy ra khỏi lòng khuôn, cơ cấu tay máy sẽ đưa nguồn nhiệt vào giữa hai tấm khuôn, sau đó, khí nóng từ nguồn nhiệt này sẽ 4
5. được phun trực tiếp lên vị trí cần gia nhiệt cho cổng phun. Sau khi nhiệt độ của cổng phun đạt được giá trị theo yêu cầu, nguồn nhiệt sẽ được di chuyển ra ngoài khu vực khuôn, sau đó, hai tấm khuôn sẽ đóng lại và chu kỳ phun ép mới sẽ được bắt đầu. Từ kết quả thí nghiệm gia nhiệt phun khí nóng lên bề mặt cổng phun xác định được khoảng nhiệt độ bề mặt cổng phun tương ứng với mỗi nguồn khí nóng dùng để thí nghiệm: - Không gia nhiệt 30oC - Nguồn 120oC 80oC - Nguồn 150oC 95oC - Nguồn 200oC 110oC - Nguồn 250oC 125oC - Nguồn 300oC 140oC Tiến hành phun ép sản phẩm trong điều kiện nhiệt độ của 06 trường hợp trên, với nhiệt độ nung nhựa từ 180oC đến 250oC, mỗi lần thay đổi nhiệt độ nung nhựa trong khoảng 10oC, phun ép lấy 10 sản phẩm và tiến hành đo kiểm để phân tích số liệu thực nghiệm để so sánh với trường hợp sản phẩm được phun ép trong điều kiện không phun khí gia nhiệt. Vậy tương ứng với số sản phẩm phun ép dùng để tiến hành thí nghiệm là 6x8x10=480 sản phẩm. III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết quả thí nghiệm sau khi thống kê số liệu sản phẩm ép nhựa ở các mức nhiệt độ nguồn khí nóng khác nhau ứng với từng mức nhiệt độ nung nhựa với thời gian mỗi chu kỳ phun khí nóng là 10 s lên bề mặt cổng phun được trình bày trong Bảng 2. Trong quá trình thí nghiệm, sự thay đổi nhiệt độ nguồn khí nóng khi phun lên bề mặt cổng phun ảnh hưởng đến khả năng điền đầy lòng khuôn được trình bày như Hình 3 và Hình 4.Kết quả thí nghiệm cho thấykhả năng điền đầy của lòng khuôn phun ép nhựa khi gia nhiệt cổng phun so với trường hợp không gia nhiệt sẽ tăng dần khi tăng nhiệt độ nguồn khí nóng, ở nguồn nhiệt khí nóng 120oC chiều dài sản phẩm tăng 12%, 150oC tăng lên 20%, 200oC tăng lên 25%, 250oC tăng lên 29% và ở nguồn 300oC sẽ tăng lên 31%. Chứng tỏ nhiệt độ bề mặt cổng phun ảnh hưởng khá lớn đến khả năng điền đầy lòng khuôn phun ép nhựa 5
6. Bảng 2: Kết quả thống kê chiều dài sản phẩm phun ép (mm) Nhiệt độ Trường hợp nung Không gia Gia nhiệt Gia nhiệt Gia nhiệt Gia nhiệt Gia nhiệt nhựa nhiệt 80oC 95oC 110oC 125oC 140oC ( oC ) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 33.5 38.4 41.7 44.7 48.7 50.2 180 41.3 45.1 53.7 56.7 57.6 59.4 190 46 55.2 64.7 69.1 70.9 71.2 200 56.7 68.1 72.3 80.5 82.5 83.9 210 71 81.2 84 86.4 87.9 89.6 220 79.4 85.6 90 92.1 93.3 94.8 230 83.4 94.4 98.8 100.3 102.7 105.8 240 103 107.9 109.5 114.4 118 118 250 Trung 64.3 72 76.8 80.5 82.7 84.1 bình % 112% 120% 125% 129% 131% 6
7. Hình 3: Sự thay đổi của chiều dài sản phẩm trong các trường hợp gia nhiệt cổng phun 180oC 190oC 200oC A Ự 210oC NUNG NH ĐỘ T Ệ NHI 7
8. 220oC 230oC 240oC 8
9. 250oC # 140OC 125OC 110OC 95OC 80OC 30OC NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT CỔNG PHUN Hình 4: Sản phẩm sau khi phun ép thí nghiệm ở các trường hợp khác nhau 9
10. IV. KẾT LUẬN Quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cổng phun đến khả năng điền đầy lòng khuôn phun ép nhựa bằng phương pháp phun khí nóng từ bên ngoài được nghiên cứu thông qua thực nghiệm với một số kết luận như sau: - Kết quả thí nghiệm cho thấy khi gia nhiệt bằng khí nóng từ bên ngoài, nhiệt độ bề mặt cổng phun tăng nhanh trong những chu kỳ đầu (mỗi chu kỳ phun khí 10 s và nghỉ 10 s) , sau đó giá trị này sẽ tăng chậm và dần đến mức ổn định từ chu kỳ thứ 6 trở đi. - Kết quả so sánh kết quả thí nghiệm đối với hai trường hợp có phun khí nóng và không phun khí nóng có thể thấy đối với nhựa PP dùng để phun ép sản phẩm thì nguồn nhiệt khí nóng dùng để phun lên bề mặt cổng phun là 300oC (nhiệt độ bề mặt cổng phun 140oC) là mức nhiệt độ tốt nhất. Vì đảm bảo được khả năng điền đầy lòng khuôn, chất lượng, thẩm mỹ của sản phẩm phun ép và tiết kiệm chi phí sản xuất. Khả năng điền đầy lòng khuôn tăng lên 31% so với không gia nhiệt. 10
11. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Shia-Chung Chen, Jen-An Chang, Ying-Chieh Wang, Chun-Feng Yeh, Development of Gas- Assisted Dynamic Mold Temperature Control System and Its Application for Micro Molding, ANTEC, 2008, Page 2208-2212. 2. Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, Jen-An Chang Shia- Chung Chen, Rean-Der Chien, Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin, Feasibility evaluation of gas-assisted heating for mold surface temperature control during injection molding process, International Communications in Heat and Mass Transfer, vol 36, 2009, Page 806-812. 3. S.-Y. Yang, S.-C. Nian, S.-T. Huang and Y.-J. Weng, A study on the micro-injection molding of multi-cavity ultra-thin parts, Polymers Advances Technologies, 2011 4. Shia-Chung Chen, Yu-Wan Lin, Rean-Der Chien, Hai-Mei Li, Variable Mold Temperature to Improve Surface Quality of Microcellular Injection 11
12. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ