Phân tích gia nhiệt và làm nguội bằng nước trong khuôn ép phun một số sản phẩm khác nhau

Nội dung text: Phân tích gia nhiệt và làm nguội bằng nước trong khuôn ép phun một số sản phẩm khác nhau

1. 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 MOLDINGFOR 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 giớ i và trong nước đã có nhiều công trìnhnghiên cứu tối ưu hó a nhiêṭ đô ̣ 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 paperarecompletethe 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 20sfor 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 productsis performed. KEYWORDS:plastic injection molding, water cooling system,heat transfer. 1/8
2. 1. Giới thiệu Nghiên cứu về nhiệt độ khuôn tập trung Tuy nhiên việc phân tích gia nhiệt và làm vào nhiệt độ nhựa nóng chảy (melt nguội bằng nước trong khuôn ép phun chưa temperature) và nhiệt độ khuôn (mold được thực hiện nhiều trên các sản phẩm temperature). Trong đó, nhiệt độ nhựa nóng khác nhau. chảy thường được nhà sản xuất qui định nên là thông số rất khó thay đổi [1]. Thay 2. Thiết kế chế tạo bộ khuôn thực nghiệm vào đó, nhiệt độ khuôn là yếu tố ảnh hưởng 2.1 Thiết kế và mô phỏng tấm khuôn đến:độ co rút và ứng suất dư của sản phẩm Thiết kế tấm khuôn với đường nướckiểu [2], dòng chảy nhựa khi điền vào lòng baffle như hình 1. Tiến hành phân tích mô khuôn [3,4] vàquá trình giải nhiệt cho sản phỏng đường nước vào khuôn theo hình phẩm [5-7]. 2.Kết quả mô phỏng nhiệt độ đường nước Trong quá trình xác định các thông số được thể hiệnởhình 3. Và kết quảnhiệt độ phun ép, giá trị nhiệt độ khuôn thường được bề mặt khuôn trình bàytrong hình 4. 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 Hình 1: Mặt cắt tấm khuôn với đường nước. (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 Hình 2:Đường nước vào khuôn. 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]. 2/8
3. Hình 3: Kết quả mô phỏng nhiệt độ đường Hình 6: Kết quả mô phỏng theo kiểu Plane nước. 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 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 Hình 7: Thiết kế khuôn. 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 8: Tấm khuôn gia công thực tế. Hình 5:Kết quả mô phỏng theo kiểu Streamline khuôn thí nghiệm. 3/8
4. 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. P2(77.14) Hình 11 Bản vẽ khuôn. Kết quả này cũng cho thấy, kết quả thí P1(64.47) 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 Hình 9: Mô phỏng nhiệt độ giữa 2 điểm trên chính xác như thí nghiệm. Do đó, kết quả bề mặt khuôn. 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, C o ( do đó, ảnh hưởng của sai lệch vật liệu sẽ rõ hơn trường hợp tại điểm P2. Nhiệt Độ Độ Nhiệt Bên cạnh đó, sự khác biệt về nhiệt độ tại điểm P1 và P2 cũng xuất hiện khá rõ Thời Gian (s) trong Hình 10. Với điểm P2, tốc độ gia Hình 10: Biểu đồ nhiệt độ giữa thực nghiệm nhiệt và giải nhiệt nhanh hơn điểm P1. Sụ và mô phỏng. 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. 4/8
5. 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 Hình 14: Kết quả mô phỏng với kiểu xem nước trong khuôn ép phun một số sản Streamline dụng cụ vắt nước cam. 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 3.2 Sản phẩm 2:Hình hộp cao được thể như hình 14. hiện như hình 15 với kết quả mô phỏng Contour như hình 16 và Streamline như hình 17. Hình 12: Sản phẩm dụng cụ vắt nước cam. Hình 15: Sản phẩm hộp cao Hình 13: Kết quả mô phỏng với kiểu xem Contour dụng cụ vắt nước cam. Hình 16: Kết quả mô phỏng với kiểu Contour sản phẩm dạng hộp cao 5/8
6. Hình 17: Kết quả mô phỏng với kiểu Hình 20: Kết quả mô phỏng với kiểu Streamline sản phẩm dạng hộp cao 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 3.3 Sản phẩm 3: Phích cắm điện được mô phỏng Contour như hình 22, Streamline thể hiện như hình 18 với kết quả mô phỏng hình 23 và Plane như hình 24. Contour như hình 19 và Streamline như hình 20 Hình 21: Sản phẩm lọc lòng đỏ trứng khuôn có nhiều lòng khuôn. Hình 18: Sản phẩm phích cắm điện Hình 22: Kết quả mô phỏng với kiểu xem Contour sản phẩm lọc lòng đỏ trứng. Hình 19: Kết quả mô phỏng với kiểu Contour sản phẩm phích cắm điện 6/8
7. 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 0 0 từ 30 C đến 63.5 C trong 20 s, sau đó, Hình 23: Kết quả mô phỏng với kiểu xem khuôn được giải nhiệt đến 350C trong thời Streamline sản phẩm lọc lòng đỏ trứng. 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 Hình 24:Kết quả mô phỏng với kiểu xem Plane được tiếp tục nghiên cứu. sản phẩm lọc lòng đỏ trứng. Ngoài ra, phương pháp mô phỏng cũng được sử dụng cho 4 tấm khuôn thực 4. Kết luận với các loại sản phẩm khác nhau nhằm quan Bài báo đã hoàn thành bài mô phỏng sát phân bố nhiệt độ của các tấm khuôn này. 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 7/8
8. 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). 8/8
9. 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 Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.