Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Một Số Thông Số Công Nghệ Và Thiết Kế Chế Tạo Hệ Thống Gia Giải Nhiệt Khuôn Theo Xung Động Dòng Chảy.pdf

1 UBND TP HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ooo0ooo BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu) Tên nhiệm vụ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ[.]

TỔNG QUAN

Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Trong sản xuất sản phẩm nhựa, phun ép là phương pháp phổ biến, bắt đầu với việc cho hạt nhựa vào phễu và đưa vào xilanh Tại đây, nhờ chuyển động của vít-me và điện trở gia nhiệt, nhựa được làm nóng đến 150°C - 320°C, chuyển sang dạng lỏng Nhựa nóng chảy được ép vào khuôn qua cổng phun, hoàn toàn ở thể lỏng Sau khi khuôn đầy, quá trình định hình diễn ra để bù vào sự co ngót của vật liệu, kết thúc khi nhựa ở cổng phun đông đặc Cuối cùng, sản phẩm được làm mát và khi đạt nhiệt độ mở khuôn, hai nửa khuôn sẽ mở ra để lấy sản phẩm ra ngoài.

Hình 1.1 Quy trình phun ép sản phẩn nhựa [1]

Trong công nghệ gia công nhựa bằng phương pháp phun ép, nhiệt độ bề mặt lòng khuôn đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm nhựa Nghiên cứu cho thấy rằng việc kiểm soát nhiệt độ này là cần thiết để đảm bảo độ chính xác và độ bền của sản phẩm cuối cùng.

Ty đẩy Lòng khuôn Cylinder

Nhựa nóng chảy Động cơ xoay vitme Nozzle

Điều khiển nhiệt độ cho khuôn phun ép là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Nếu nhiệt độ bề mặt khuôn cao, chất lượng sản phẩm sẽ được nâng cao, nhưng thời gian làm nguội và gia công sẽ kéo dài Ngược lại, giảm nhiệt độ bề mặt khuôn có thể rút ngắn thời gian làm nguội, nhưng lại dẫn đến giảm chất lượng bề mặt và gia tăng khuyết tật Do đó, nghiên cứu tìm ra cách rút ngắn chu kỳ phun ép mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm là một thách thức lớn trong lĩnh vực này.

Với quá trình làm nguội cho khuôn phun ép, hiện nay có hai phương pháp làm nguội chính:

 Làm nguội liên tục (Phương pháp truyền thống - Traditional cooling)

 Làm nguội theo xung động dòng chảy (Phương pháp mới - Pulesd cooling)

Khi áp dụng phương pháp làm nguội liên tục, nước sẽ chảy liên tục trong các kênh làm nguội của khuôn, với nhiệt độ nước thường được điều chỉnh theo yêu cầu của khuôn Ngược lại, phương pháp làm nguội theo xung động dòng chảy cho phép nước hoạt động ở hai trạng thái: chảy trong kênh làm nguội và dừng lại trong những khoảng thời gian nhất định của quá trình ép phun Quy trình này thường sử dụng van đảo chiều dòng chảy để điều khiển hướng chảy của nước.

Hình 1 2 Phương pháp giải nhiệt theo xung động dòng chảy

Trong lĩnh vực khuôn phun ép nhựa, việc tối ưu hóa điều khiển nhiệt độ khuôn là phương pháp hiệu quả để nâng cao chất lượng bề mặt khuôn Nhiệt độ bề mặt lòng khuôn cao giúp quá trình điền đầy nhựa dễ dàng hơn và cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, nếu nhiệt độ của các tấm khuôn quá cao, thời gian giải nhiệt sẽ kéo dài, dẫn đến chu kỳ phun ép tốn nhiều thời gian và tăng chi phí sản phẩm Do đó, mục tiêu chính của điều khiển nhiệt độ khuôn là đạt được nhiệt độ yêu cầu cho bề mặt khuôn mà vẫn đảm bảo chu kỳ phun ép không quá dài.

(b) Trạng thái nước ứ động trong kênh dẫn (a) Trạng thái nước chảy trong kênh dẫn(a) Trạng thái nước chảy trong kênh dẫn

(b) Trạng thái nước ứ đọng trong kênh dẫn

Quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia thành hai nhóm chính: gia nhiệt cả tấm khuôn (volume heating) và gia nhiệt cho bề mặt khuôn (surface heating) Trong nhóm gia nhiệt cả tấm khuôn, phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước (steam heating) có thể đạt tốc độ gia nhiệt từ 1 °C/s đến 3 °C/s Tuy nhiên, độ hiệu quả của phương pháp này không cao và việc giải nhiệt cho khuôn sẽ gặp nhiều khó khăn.

Hình 1 3 Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng hơi nước (Steam heating)

Nghiên cứu cho thấy rằng việc cải thiện tốc độ gia nhiệt cho bề mặt khuôn thông qua việc sử dụng lớp cách nhiệt có thể nâng cao hiệu quả quá trình điền đầy nhựa vào lòng khuôn, với khả năng tăng nhiệt độ bề mặt lên khoảng 25°C Hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công trong khuôn phun ép nhựa.

Nguồn hồng ngoại Khuôn phun ép

Hình 1 4 Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại

Hệ thống gia nhiệt hồng ngoại đã được nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu gia nhiệt cho các bề mặt phức tạp, trong đó phương pháp thổi khí nóng vào lòng khuôn (gas heating) cho phép tăng nhiệt độ bề mặt khuôn từ 60°C lên 120°C chỉ trong 2 giây Tuy nhiên, quá trình này sẽ đạt trạng thái bảo hòa nếu thời gian gia nhiệt kéo dài hơn 4 giây Ưu điểm nổi bật của phương pháp gas heating là tốc độ gia nhiệt rất cao, giúp rút ngắn thời gian chu kỳ sản phẩm Tuy nhiên, cần thiết kế lại khuôn phun ép để tích hợp hệ thống gia nhiệt này.

Hình 1 5 Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng dòng khí nóng

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ (induction heating) đã được ứng dụng tương tự như các phương pháp gia nhiệt bề mặt nhằm hạn chế độ cong vênh, co rút, làm mờ đường hàn và khắc phục các khuyết tật khác của sản phẩm nhựa.

Mặt gia nhiệt của khuôn

Hình 1.6 Phương pháp gia nhiệt cho khuôn bằng cảm ứng từ

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

28 pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có những ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác như:

- Tốc độ gia nhiệt cao

- Thời gian gia nhiệt có thể kéo dài đến 20 giây

- Có thể ứng dụng cho khuôn phun ép như một module đính kèm, nghĩa là không cần thay đổi kết cấu khuôn có sẵn

Hiện nay, thiết kế cuộn dây gia nhiệt chủ yếu chỉ ở dạng 2D, dẫn đến việc bố trí trên hai mặt phẳng, gây ảnh hưởng xấu đến phân bố nhiệt độ trên bề mặt khuôn Điều này là một trong những nguyên nhân làm tăng độ cong vênh của sản phẩm nhựa sau khi phun ép Để khắc phục vấn đề này, mô hình cuộn dây 3D được đề xuất nhằm cải thiện độ đồng đều về nhiệt độ bề mặt khuôn và giảm thiểu cong vênh của sản phẩm.

Kết quả các công trình nghiên cứu đã công bố

 Tình hình nghiên cứu ngoài nước:

Phương pháp làm nguội theo xung động dòng chảy đã chứng minh khả năng rút ngắn thời gian làm nguội trong các nghiên cứu trước đây, mặc dù nhiệt độ bề mặt khuôn vẫn cao Nghiên cứu của Chen S C chỉ ra rằng khi sử dụng nhựa Polycarbonat (PC) trong quá trình phun ép, phương pháp này có thể giảm 20% thời gian chu kỳ so với phương pháp truyền thống nhờ vào việc giảm nhiệt độ nước từ 40 °C xuống 32 °C Kết quả này đã được kiểm chứng thực nghiệm trên nhiều loại bề mặt sản phẩm khác nhau, với nhiều nhiệt độ nước làm nguội và bốn mức nhiệt độ khuôn là 20 °C, 25 °C, 35 °C và 50 °C.

Phương pháp làm nguội theo xung động dòng chảy được áp dụng hiệu quả trong khuôn phun ép (Injection – Compression Molding) cho hệ thống chế tạo đĩa CD (Blue-ray disc) Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống làm nguội này mang lại hiệu suất cao trong quá trình sản xuất.

Sự xung động dòng chảy có khả năng giảm cong vênh cho dĩa sau khi gia công, đồng thời làm tăng chiều sâu các rãnh micro trên bề mặt dĩa thêm khoảng 5µm Kết quả so sánh về chiều sâu rãnh micro được thể hiện trong Hình 1.7.

C hiề u sâ u rã nh ( nm ) Giải nhiệt truyển thống

Trung Giải nhiệt truyền bình thống

Hình 1.7 Sự thay đổi của rãnh micro ứng với hai phương pháp giải nhiệt [18]

Trong nghiên cứu của S C Chen, hai phương pháp làm nguội đã được so sánh trong điều kiện giống nhau Kết quả cho thấy, phương pháp làm nguội theo xung động dòng chảy hiệu quả hơn so với phương pháp truyền thống, khi nhiệt độ đầu vào của nước làm nguội giảm 8°C (từ 40°C xuống 32°C) và thời gian làm nguội được rút ngắn 10%.

Trong nghiên cứu gần đây nhất được thực hiện bởi công ty Moldex3D

Phương pháp mô phỏng và thực nghiệm đã được áp dụng để cải thiện qui trình làm nguội theo xung động dòng chảy cho khuôn phun ép nhựa, cho phép nâng cao nhiệt độ khuôn thêm 5°C Tuy nhiên, cần chú ý đến tính ổn định và nhiệt độ khuôn trong quá trình này.

30 bị ảnh hưởng rất nhiều bởi quá trình cài đặt các thông số (Hình 1.9) khác nhau như hình1.10

Khuôn dương (*) Kích thước lòng khuôn:

Hình 1.8 Mô hình nghiên cứu của S C Chen về giải nhiệt không liên tục [18]

Nhiệt độ khuôn tại vị trí cảm biến

M ở k hu ôn Đ ón g kh uô n

Hình 1.9 Các thông số của quá trình giải nhiệt theo phương pháp xung động dòng chảy [18]

Hình 1.10 Ảnh hưởng của thông số giải nhiệt đến nhiệt độ khuôn [18]

 Tình h ình nghiên cứu trong nước:

Hiện nay, các doanh nghiệp Việt Nam đang nghiên cứu tối ưu hóa quá trình giải nhiệt cho khuôn phun ép nhằm giảm chi phí sản xuất trong ngành nhựa Họ đang khai thác các phần mềm mô phỏng gia công nhựa chuyên dụng như C-Mold, Moldflow và Moldex3D Đồng thời, một số đề tài nghiên cứu cũng đã được thực hiện để ứng dụng công cụ CAD – CAM – CAE trong quá trình này.

Luận văn tốt nghiệp Cao học của Lê Minh Trí tại Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh mang tên “Tối ưu hóa giải nhiệt khuôn ép phun” đã trình bày những nguyên tắc cơ bản trong thiết kế hệ thống giải nhiệt Nghiên cứu này nhằm nâng cao hiệu quả và hiệu suất của quá trình ép phun thông qua việc cải thiện hệ thống làm mát khuôn.

Khuôn ép phun 32 dựa trên lý thuyết truyền nhiệt đã ứng dụng phương pháp tính toán hệ thống giải nhiệt cho sản phẩm tấm mỏng Sau đó, phần mềm Moldflow được sử dụng để mô phỏng và kiểm tra kết quả Tuy nhiên, đề tài này chưa cung cấp phương pháp tối ưu cho thiết kế hệ thống giải nhiệt, và việc tính toán, mô phỏng vẫn chỉ dừng lại ở mức độ quá đơn giản, không đáp ứng được yêu cầu thực tế.

Luận văn tốt nghiệp Cao học của Nguyễn Văn Thành tại Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh nghiên cứu qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD/CAE Bài viết đã trình bày lý thuyết truyền nhiệt và ứng dụng của nó trong khuôn ép phun, giúp xác định kích thước và phân bố hệ thống làm nguội Qua đó, luận văn xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun và áp dụng qui trình này vào sản phẩm khuôn vỏ bình nước nóng.

PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học - công nghệ với tiêu đề “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE” nhằm xác định các thông số quan trọng như miệng phun, vùng dồn nén khí, kích thước kênh dẫn nhựa và hệ thống giải nhiệt hợp lý cho khuôn ép phun nhựa Đề tài này thuộc chương trình “Nghiên cứu tự động hóa” của thành phố Hồ Chí Minh và được thực hiện từ tháng 9 năm 2003 đến tháng 8 năm 2004, với kết quả nghiệm thu vào ngày 30 tháng 8 năm 2004.

Luận văn tốt nghiệp của nhóm sinh viên Bùi Thanh Tuấn, Vòng Viễn Giang, Phan Doãn Lợi, và Trần Văn Dũng với đề tài “Thiết kế và chế tạo khuôn ép dùng trong nghiên cứu đường hàn trên sản phẩm nhựa” đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến chất lượng đường hàn Nhóm đã nâng nhiệt độ bề mặt khuôn lên 90 °C và quan sát sự thay đổi của đường hàn cùng hiện tượng tụ khí Kết quả cho thấy, khi nhiệt độ khuôn tăng lên, tính thẩm mỹ của đường hàn được cải thiện, nhưng hiện tượng tụ khí trở nên rõ rệt khi nhiệt độ vượt quá 80 °C.

Hiện nay, lĩnh vực điều khiển nhiệt độ khuôn chủ yếu tập trung vào việc giải nhiệt cho khuôn, nhằm làm nguội trong thời gian ngắn nhất, trong khi việc giữ khuôn ở nhiệt độ cao trong quá trình phun ép để nâng cao chất lượng sản phẩm vẫn chưa được chú trọng Điều này dẫn đến thực trạng sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam chỉ đạt chất lượng trung bình, chủ yếu là các sản phẩm đơn giản và tập trung vào hàng tiêu dùng Hơn nữa, khả năng giảm thiểu khuyết tật cho sản phẩm nhựa thông qua phương pháp điều khiển nhiệt độ khuôn vẫn chưa được khai thác và áp dụng hiệu quả.

Mục tiêu tổng quát

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển công nghệ giải nhiệt cho khuôn thông qua phương pháp xung động dòng chảy, tập trung vào các vấn đề như vị trí lắp đặt cảm biến thu nhận tín hiệu nhiệt độ khuôn, phương pháp điều khiển dòng chảy của nước giải nhiệt, và các thông số quan trọng trong quá trình giải nhiệt như nhiệt độ chảy và dừng của nước, nhiệt độ khuôn, cũng như độ ổn định nhiệt độ khuôn qua các chu kỳ phun ép liên tục.

Mục tiêu 2 của nghiên cứu là phát triển thiết bị giải nhiệt cho khuôn bằng phương pháp xung động dòng chảy, phục vụ cho quá trình giải nhiệt khuôn phun ép nhựa Thiết bị này sẽ hoạt động ở hai chế độ: điều khiển bằng tay và tự động theo tín hiệu nhiệt độ khuôn hoặc thời gian chu kỳ Nhiệt độ khuôn được cho phép dao động trong khoảng từ 30C đến 90C, đồng thời thiết bị cũng có khả năng vận hành với nhiều thiết kế khác nhau của kênh giải nhiệt.

Mục tiêu cụ thể

Tăng cường khả năng điền đầy khuôn trong quá trình phun ép và cải thiện chất lượng sản phẩm là điều cần thiết Đồng thời, việc nâng cao năng suất phun ép và hiệu suất giải nhiệt cho khuôn cũng góp phần quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu, chủ yếu là các bài báo khoa học quốc tế, được áp dụng để nghiên cứu giải nhiệt bằng xung động dòng chảy của nhựa nhiệt dẻo Do đây là một phương pháp mới tại Việt Nam, việc tìm kiếm và phân tích các yêu cầu của quá trình này gặp nhiều khó khăn.

Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu từ sách và tạp chí chuyên ngành nước ngoài được sử dụng, do công nghệ mới này chưa được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam.

Do chưa có tài liệu hoặc thiết bị "Giải nhiệt bằng xung động dòng chảy" được nghiên cứu và triển khai trong nước, việc chế tạo module điều khiển và hệ thống nhận tín hiệu từ khuôn sẽ gặp khó khăn Nghiên cứu kỹ cơ sở lý thuyết sẽ giúp giảm bớt những khó khăn này Hơn nữa, quá trình chế tạo khuôn sẽ được thực hiện bằng các phần mềm chuyên dụng như Creo và Master CAM.

 Phương pháp mô phỏng số

 Trong quá trình phun ép nhựa, phân bố nhiệt độ trong lòng khuôn sẽ được phân tích, so sánh với phương pháp phần tử hữu hạn

Thiết bị giải nhiệt và khuôn sẽ được thử nghiệm thông qua quy trình phun ép thực tế, với các thí nghiệm diễn ra trên máy phun ép.

Các bộ khuôn thực từ các công ty nhựa sẽ được thuê hoặc mượn để đánh giá khả năng hoạt động của thiết bị với các loại khuôn khác nhau.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nguyên lí cơ bản của phương pháp gia - giải nhiệt theo xung động dòng chảy

Phương pháp giải nhiệt này sử dụng nguồn nước không bơm liên tục vào khuôn trong quá trình ép, mà được điều khiển bởi một hệ thống độc lập dựa trên tín hiệu từ khuôn.

Hệ thống giải nhiệt hoạt động độc lập cung cấp nguồn nước vào khuôn với sự đa dạng về nhiệt độ, lưu lượng và thời gian bơm Do đó, việc điều khiển chính xác tất cả các điều kiện này là rất quan trọng.

Nhiệt độ nước được kiểm soát thông qua tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ trong bình chứa, với hai giá trị giới hạn nhiệt độ là mức cao nhất (high) và thấp nhất (low) Khi nhiệt độ nước dưới mức low, bộ phận gia nhiệt sẽ làm nóng nước, trong khi khi nhiệt độ vượt quá mức high, bộ phận làm mát sẽ giải nhiệt cho nước Nhờ đó, nhiệt độ nước luôn được duy trì trong khoảng giữa hai mức low và high, sẵn sàng để bơm vào khuôn.

Trong quy trình này, cảm biến được lắp đặt trong khuôn để theo dõi nhiệt độ khuôn và điều khiển việc bơm nước vào khuôn Nhiệt độ đo được sẽ được so sánh với một giá trị tối đa đã được thiết lập trong hệ thống Nếu nhiệt độ khuôn vượt quá mức này, nước làm mát sẽ tự động được bơm vào cho đến khi nhiệt độ giảm xuống mức an toàn Dung sai phụ thuộc vào độ nhạy của thiết bị và giá trị cài đặt Như vậy, nước làm mát chỉ được bơm vào khi có tín hiệu từ cảm biến, không phải liên tục.

- Ưu và nhược điểm của phương pháp gia – giải nhiệt theo xung động dòng chảy:

- Kiểm soát và nắ m bắ t chính xác nhiệt đô ̣ bề măt khuôn trong quá trình ép

- Linh hoạt trong khả năng bơm vào khuôn và khả năng cung cấp nguồn nước làm mát với nhiều mức nhiê ̣t đô ̣ đa dạng

Khả năng làm mát nhanh chóng cho phép khuôn đạt nhiệt độ cao, cải thiện khả năng điền đầy của nhựa mà không ảnh hưởng đến năng suất sản xuất.

- Tiết kiệm nguồn điê ̣n bơm nước trong sản xuất hàng loạt lớn cũng như tiết kiệm nguồn nước làm mát

- Khắ c phục các lỗi trên sản phẩm do làm mát khuôn không đều và không kịp thời

- Cần có một khoản đầu tư nhất đi ̣nh ban đầu

- Thường xuyên kiểm tra bảo trì để đảm bảo hê ̣ thống vận hành chính xác

- Yêu cầu người điều khiển có một số kiến thức về khuôn mẫu khi vận hành

Các yêu cầu của quá trình gia - giải nhiệt ứng với các chu trình ép phun có sử dụng bước gia nhiệt cho khuôn

ép phun có sử dụng bước gia nhiệt cho khuôn

Phương pháp giải nhiệt truyền thống mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm việc duy trì nhiệt độ khuôn ổn định và đảm bảo nước làm nguội chảy liên tục trong kênh làm nguội của khuôn Tuy nhiên, nếu nước làm nguội bị ngừng lại trong quá trình làm lạnh để đáp ứng các yêu cầu, có thể xảy ra một hoặc cả hai điều kiện không mong muốn.

(1) Thời gian làm nguội sẽ gia tăng để nhiệt độ nhựa đạt đến nhiệt độ mở khuôn

(2) Nhiệt độ nước phải thấp hơn nhiệt độ khuôn nhằm nâng cao hiệu suất làm nguội

Để nâng cao hiệu suất làm nguội trong sản xuất, nhiệt độ nước làm nguội cần phải thấp hơn nhiệt độ khuôn Phương pháp làm nguội theo xung động dòng chảy có những ưu điểm nổi bật so với phương pháp truyền thống, bao gồm nhiệt độ nước thấp hơn và thời gian làm nguội ngắn hơn Với khả năng duy trì nhiệt độ khuôn cao trong khi vẫn đáp ứng yêu cầu thời gian giải nhiệt của sản phẩm, phương pháp điều khiển nhiệt độ theo xung động dòng chảy đang ngày càng được áp dụng rộng rãi.

Các thông số gia – giải nhiệt cho khuôn và đặc tính co rút của vật liệu nhựa ABS

ABS: là cầu nối giữa nhựa thương mại và nhựa kỹ thuật được trùng hợp từ 3 loại monomer: acrylonitrile, butadiene và Styrene có cấu trúc như hình 2.1

Hình 2.1 Cấu trúc nhựa ABS

ABS là vật liệu cứng, rắn nhưng không giòn, nổi bật với sự cân bằng hoàn hảo giữa độ bền kéo, khả năng chịu va đập, độ cứng bề mặt và độ rắn Nó cũng có khả năng chịu nhiệt tốt ở nhiệt độ thấp cùng với các đặc tính điện ưu việt, trong khi giá thành lại tương đối rẻ.

ABS nổi bật với tính chất chịu va đập và độ dai cao Nhiều loại ABS biến tính đã được phát triển để nâng cao khả năng chịu va đập, độ dai và chịu nhiệt Đặc biệt, khả năng chịu va đập của ABS không bị giảm nhanh ở nhiệt độ thấp ABS cũng cho thấy độ ổn định tốt dưới tải trọng và khả năng chịu nhiệt tương đương hoặc vượt trội hơn so với Acetal và PC ở nhiệt độ phòng Khi không chịu va đập, ABS có xu hướng hư hỏng do uốn nhiều hơn là do tính giòn Tính chất vật lý của ABS ít bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, nhưng nó có tác động đến sự ổn định kích thước của vật liệu.

Kỹ thuật gia công nhựa ABS chủ yếu sử dụng phương pháp ép phun, nhờ vào độ co ngót thấp, sản phẩm đạt độ chính xác cao Tuy nhiên, quá trình phun nhanh có thể gây ra sự định hướng của polymer nóng chảy và tạo ra ứng suất đáng kể, do đó cần điều chỉnh nhiệt độ khuôn Nhựa ABS có thể được chế tạo thành dạng tấm, profile đùn và màng, trong khi ABS gia cường sợi thủy tinh rất phù hợp cho quy trình đùn thổi.

Nhựa ABS kết hợp giữa đặc tính điện và khả năng ép phun linh hoạt, mang lại giá cả phải chăng và được ứng dụng rộng rãi trong các sản phẩm cách điện cũng như trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử và thông tin liên lạc, bao gồm vỏ và các linh kiện bên trong Những ứng dụng phổ biến của nhựa ABS rất đa dạng, góp phần nâng cao hiệu quả và tính năng của sản phẩm.

 Trong kỹ thuật nhiệt lạnh: Là các vỏ bên trong, các cửa trong và vỏ bọc bên ngoài chịu va đập ở nhiệt độ lạnh

 Các sản phẩm ép phun như các vỏ bọc, bàn phím, sử dụng trong các máy văn phòng, máy ảnh…

 Trong công nghiệp xe: Làm các bộ phận xe hơi, xe máy, thuyền…

 Trong công nghiệp bao bì, đặc biệt dùng cho thực phẩm, các sản phẩm ép phun, thùng chứa và màng, mũ bảo hiểm đồ chơi

(*) Đặc tính co rút của nhựa ABS ứng với các chiều dày khác nhau của sản phẩm a Nhựa ABS với chiều dày 0.5mm

Bảng 2.1 Hệ số co rút ở lỗ một tương ứng với nhiệt độ khuôn thay đổi với chiều dày sản phẩm 0.5 mm

Hệ số co rút (mm)

Hình 2.3 Độ biến thiên độ co rút khi nhiệt độ khuôn thay đổi với chiều dày sản phẩm 0.5 mm

Sự thay đổi độ co rút của nhựa ABS với độ dày 0.5 mm cho thấy khi nhiệt độ khuôn tăng từ 70°C lên 75°C, độ co rút giảm nhanh chóng Tuy nhiên, khi nhiệt độ khuôn tiếp tục tăng từ 75°C lên 85°C, hệ số co rút lại tăng nhanh Đặc biệt, khi tăng từ 85°C lên 90°C, độ co rút giảm trở lại Điều này chỉ ra rằng, với độ dày 0.5 mm và nhiệt độ nhựa cố định ở 230°C, nhiệt độ khuôn tối ưu để giảm thiểu co rút là 75°C.

Bảng 2.2 Hệ số co rút ở lỗ một tương ứng với nhiệt độ khuôn thay đổi với chiều dày sản phẩm 0.75 mm

ABS với chiều dày 0.5mm

Sự thay đổi độ co rút của nhựa ABS với chiều dày 0.75 mm cho thấy rằng khi nhiệt độ tăng từ 70°C lên 75°C, độ co rút giảm Tuy nhiên, khi nhiệt độ khuôn tăng từ 75°C lên 85°C, hệ số co rút lại tăng, nhưng từ 85°C đến 90°C, độ co rút giảm mạnh Đối với insert 0.75 mm, khi ép phun ở nhiệt độ nhựa 230°C, nhiệt độ khuôn tối ưu để giảm thiểu co rút là 90°C.

Bảng 2.3 Hệ số co rút ở lỗ một tương ứng với nhiệt độ khuôn với chiều dày sản phẩm 1.0 mm

Sự thay đổi độ co rút của nhựa ABS với độ dày 1.0 mm cho thấy rằng độ co rút giảm khi nhiệt độ tăng từ 70°C đến 75°C, nhưng lại tăng khi nhiệt độ từ 75°C lên 80°C Khi nhiệt độ đạt 85°C, độ co rút giảm nhẹ so với 75°C, nhưng lại tăng mạnh khi nhiệt độ lên đến 90°C Đối với quy trình ép phun với insert 1mm và nhiệt độ nhựa ổn định ở 230°C, nhiệt độ khuôn 75°C là tối ưu để tạo ra sản phẩm với độ co rút thấp nhất.

Các thông số ảnh hưởng đến công suất, năng suất và hiệu quả của phương pháp gia - giải nhiệt theo xung động dòng chảy

Điểm khác biệt giữa qui trình giải nhiệt liên tục và gián đoạn được thể hiện trong Hình 2.6 Hai qui trình này có các thông số khác biệt chính, ảnh hưởng đến hiệu quả và ứng dụng trong thực tế.

Nhựa Điền Đầy Khuôn và Định Hình Thời Gian Giải Nhiệt Thời Gian Mở Khuôn và Đóng Khuôn

Thời Gian Mở Khuôn và Đóng Khuôn

Nhựa Điền Đầy Khuôn và Định Hình

Giải Nhiệt không liên tục T/g nước lạnh chảy (CFT)

T/g nước dừng Nhiệt Độ mở khuôn

Hình 2.6 So sánh qui trình giải nhiệt liên tục và gián đoạn

Qui trình giải nhiệt liên tục là phương pháp truyền thống, thực hiện theo các bước của quy trình phun ép thông thường Quy trình này đã được mô tả chi tiết trong Hình 2.1.

Qui trình giải nhiệt gián đoạn là quá trình trong đó nước trong kênh giải nhiệt không chảy khi bắt đầu chu kỳ phun ép Sau khi nhựa được điền đầy lòng khuôn, nước sẽ bắt đầu chuyển động để làm nguội khuôn Các thông số quan trọng cần chú ý trong quá trình này bao gồm thời gian chảy của nước (CFT), nhiệt độ khuôn, tổng thời gian giải nhiệt (Cooling time), nhiệt độ nước chảy (FT) và nhiệt độ nước dừng (ST) Trong chu kỳ phun ép, nhiệt độ khuôn được nâng lên cao trước khi nhựa nóng chảy được ép vào lòng khuôn, sau đó nước sẽ được bơm vào để giải nhiệt cho khuôn và sản phẩm.

Hình 2.7 Thay đổi của nhiệt độ khuôn khi không sử dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ

Hình 2.8 Thay đổi của nhiệt độ khuôn khi có sử dụng hệ thống điều khiển nhiệt độ

 Tg: nhiệt độ nhựa bắt đầu chảy

 th: thời gian gia nhiệt

 tc : thời gian giải nhiệt

 tct : tổng thời gian chu trình ép

Hệ thống gia nhiệt theo xung động dòng chảy (pulse cooling) có chu trình ép bao gồm tổng thời gian gia nhiệt và thời gian giải nhiệt Đồ thị cho thấy nhiệt độ Te đến Tg tăng nhanh, nhưng có thể điều khiển nhiệt độ theo hình cung, giúp giảm thời gian chu trình ép Việc giải nhiệt cũng được tối ưu hóa tùy thuộc vào nhiệt độ của khuôn.

Trong quá trình phun ép với phương pháp giải nhiệt không liên tục, các thông số chính ảnh hưởng đến hiệu quả giải nhiệt bao gồm nhiệt độ, áp suất và thời gian phun Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

2.4.1 Thời gian chảy của lưu chất giải nhiệt (Coolant Flow Time – CFT)

CFT là thời gian giải nhiệt trong chu kỳ gia công sản phẩm nhựa, đặc biệt quan trọng trong phương pháp giải nhiệt truyền thống, nơi lưu chất giải nhiệt luôn chảy trong hệ thống kênh làm nguội Trong khi đó, phương pháp giải nhiệt gián đoạn cho thấy lưu chất có hai trạng thái: chảy và dừng trong các kênh này Nghiên cứu này định nghĩa CFT là thời gian nước làm nguội chảy trong hệ thống các kênh giải nhiệt, nhằm làm nguội, đông đặc nhựa nóng chảy và duy trì nhiệt độ khuôn ở mức yêu cầu Nếu CFT quá dài khi sử dụng phương pháp làm nguội gián đoạn, phần nhiệt năng mà nước hấp thu và mang ra sẽ không được tối ưu hóa.

Khi nhiệt độ khuôn vượt quá giới hạn cho phép, điều này dẫn đến sự giảm nhiệt độ khuôn theo từng chu kỳ sản phẩm Nếu tình trạng này tiếp diễn, nhiệt độ bề mặt khuôn sẽ thấp hơn giá trị cho phép Ngược lại, nếu CFT không đủ, nhiệt năng truyền ra ngoài sẽ không đáp ứng đủ cho quá trình giải nhiệt, khiến nhiệt năng trong khuôn tăng lên sau mỗi chu kỳ phun ép, dẫn đến nhiệt độ khuôn gia tăng và vượt quá giới hạn cho phép trong quá trình ép phun.

2.4.2 Thời gian giải nhiệt (Cooling time)

Khi giải nhiệt cho khuôn phun ép theo phương pháp truyền thống, lưu chất giải nhiệt lưu thông liên tục trong kênh làm nguội, cho phép nhiệt lượng từ nhựa nóng truyền sang khuôn qua bề mặt lòng khuôn Nhiệt này sau đó được truyền sang lưu chất làm nguội thông qua quá trình đối lưu nhiệt Lưu chất giải nhiệt được bơm ra ngoài khuôn và thải nhiệt ra môi trường qua hệ thống điều khiển nhiệt độ Phương pháp này, gọi là “giải nhiệt liên tục”, cho phép truyền nhiệt năng từ nhựa nóng chảy sang vật liệu khuôn một cách liên tục Ngược lại, phương pháp “gián đoạn” cũng cho phép truyền nhiệt từ nhựa sang vật liệu khuôn trong suốt chu kỳ phun ép, nhưng quá trình truyền nhiệt từ tấm khuôn sang lưu chất làm nguội được chia thành hai trạng thái khác nhau.

Khi chất làm nguội lưu thông trong kênh giải nhiệt, nhiệt năng sẽ được truyền từ khuôn sang lưu chất qua quá trình đối lưu nhiệt tại bề mặt tiếp xúc Lượng nhiệt truyền từ khuôn sang lưu chất có thể được tính toán bằng một công thức cụ thể.

𝑞 : Dòng nhiệt truyền từ khuôn sang lưu chất làm nguội (W/m 2 ),

𝑡 𝐶 : Nhiệt độ tại thành của kênh giải nhiệt (°C),

𝑡 𝐹 : nhiệt độ lưu chất giải nhiệt (°C),

𝛼: hiệu suất hấp thu nhiệt đối lưu tại thành kênh dẫn nhiệt (W/m 2 °C)

So với phương pháp giải nhiệt liên tục, thời gian chảy của lưu chất làm nguội trong phương pháp gián đoạn ngắn hơn, do đó cần tăng dòng nhiệt truyền từ khuôn sang lưu chất để đảm bảo lượng nhiệt truyền ra ngoài tương tự Để tăng dòng nhiệt (𝑞), có thể tăng hiệu suất hấp thu nhiệt đối lưu (𝛼) hoặc tăng độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt thành kênh giải nhiệt (𝑡 𝐶 ) và lưu chất làm nguội (𝑡 𝐹 ) Tuy nhiên, việc tăng 𝛼 bằng cách gia tăng vận tốc nước làm nguội không khả thi do giới hạn thiết bị và mục tiêu tiết kiệm năng lượng Do đó, cách duy nhất để tăng dòng nhiệt là tăng độ chênh lệch nhiệt độ bằng cách giảm nhiệt độ lưu chất làm nguội (𝑡 𝐹 ) Nhiệt độ bề mặt thành kênh giải nhiệt (𝑡 𝐶 ) phụ thuộc vào nhiệt lượng từ nhựa nóng trong khuôn, khó điều chỉnh theo yêu cầu, trong khi nhiệt độ lưu chất (𝑡 𝐹 ) có thể điều chỉnh thông qua hệ thống điều chỉnh nhiệt độ khuôn Khi 𝑡 𝐹 giảm, dòng nhiệt truyền từ khuôn sang lưu chất sẽ tăng.

49 có thể giảm được năng lượng cần thiết để giữ lưu chất này ở nhiệt độ cao như phương pháp truyền thống đang sử dụng

Khi chất làm nguội không lưu thông trong kênh giải nhiệt, nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc giữa chất giải nhiệt và thành kênh sẽ nhanh chóng tăng lên, đạt giá trị của thành kênh Lúc này, nhiệt độ bề mặt thành kênh và nhiệt độ bề mặt lưu chất sẽ tương đương, dẫn đến dòng nhiệt truyền từ khuôn sang lưu chất gần như bằng 0 Mặc dù nhiệt năng tại bề mặt tiếp xúc được truyền theo hướng tâm của kênh giải nhiệt, hệ số truyền nhiệt thấp của chất làm nguội, như nghiên cứu của tác giả Chen S C đã chỉ ra, ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt.

[5] và Smith G [2], phần năng lượng này được giả thuyết là không đáng kể, và không ảnh hưởng đến quá trình giải nhiệt của khuôn phun ép

Trong quá trình giải nhiệt của khuôn phun ép nhựa, kỹ thuật làm nguội gián đoạn chỉ cho phép nhiệt lượng được giải phóng khi lưu chất làm nguội lưu thông trong các kênh giải nhiệt Trong thời gian còn lại của chu kỳ gia công, lưu chất này dừng lại trong kênh giải nhiệt, dẫn đến việc nhiệt năng chỉ được truyền từ nhựa nóng sang vật liệu khuôn.

Nhiệt độ mở khuôn là nhiệt độ tại bề mặt lòng khuôn khi mở để lấy sản phẩm nhựa, đánh dấu kết thúc chu kỳ gia công Nếu nhiệt độ này quá cao, sản phẩm dễ bị khuyết tật như cong vênh và co rút vượt mức cho phép, đồng thời việc lấy sản phẩm ra cũng trở nên khó khăn do chưa đạt độ cứng cần thiết Ngược lại, nếu nhiệt độ mở khuôn quá thấp, chu kỳ gia công sẽ kéo dài, dẫn đến giảm hiệu suất sản xuất.

Trong phương pháp làm nguội khuôn truyền thống, nhiệt độ mở khuôn chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ của khuôn và lưu chất giải nhiệt Ngược lại, phương pháp làm nguội gián đoạn có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ mở khuôn Nghiên cứu này sẽ tập trung vào hai yếu tố chính: nhiệt độ của lưu chất làm nguội và thời gian chảy của lưu chất này.

Khi sử dụng lưu chất làm nguội với nhiệt độ thấp, hiệu suất làm nguội tăng, dẫn đến giảm nhiệt độ mở khuôn Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá thấp, sẽ gây khó khăn trong quá trình điền đầy khuôn và sản phẩm nhựa có thể gặp khuyết tật như điền không đầy lòng khuôn và ứng suất dư lớn Mặc dù chất lượng sản phẩm hiện tại có thể tốt khi nhiệt độ mở khuôn thấp, nhưng chu kỳ gia công cho sản phẩm tiếp theo sẽ trở nên khó khăn hơn.

Thiết kế hệ thống gia – giải nhiệt cho nước

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày các vấn đề liên quan đến thiết kế và chế tạo thiết bị giải nhiệt cho khuôn phun ép bằng nước, nhằm tạo ra hệ thống giải nhiệt linh hoạt và ổn định cho khuôn ép nhựa Hệ thống này giúp điều khiển nhiệt độ khuôn dễ dàng và phù hợp với yêu cầu sản phẩm nhựa Điểm nổi bật của thiết bị là phương pháp làm mát không liên tục (Pulse Cooling), cung cấp nước giải nhiệt từ 30°C đến 90°C Thiết bị có kích thước tiêu chuẩn công nghiệp, cho phép điều khiển nguồn nước vào khuôn với ba chức năng bơm: điều khiển bằng tín hiệu sensor, tín hiệu timer và điều khiển bằng tay Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng đã thử nghiệm phương án gia nhiệt mới, cải tiến so với các thiết bị hiện có trên thị trường.

Thiết bị giải nhiệt cho khuôn theo phương pháp giải nhiệt gián đoạn được thiết kế và chế tạo để đáp ứng các yêu cầu khắt khe, đảm bảo hiệu quả và hiệu suất tối ưu trong quá trình làm mát.

- Nhiệt độ nước cấp cho khuôn có thể điều chỉnh từ: 30°C 90°C

- Nhận được tín hiệu của khuôn

- Bơm: o Nhiệt lưu chất < 110°C o Lưu lượng bơm: 40 l/phút o Công suất Bơm: 1kW-h

- Thể tích nước chứa trong máy: 11 lít

- Thời gian khởi động máy để lưu chất đạt đến nhiệt độ làm việc: 30 phút

- Kích thước bao của máy: 800 x 600 x 600 mm

- Khung máy làm bằng thép

- Bỡnh chứa nước bằng Inox 304, kớch thước: ỉ250 mm x 300 mm

- Công suất bộ gia nhiệt cho nước: 1000 W

- Máy có thể vâ ̣n hành bằng tay hoă ̣c cha ̣y tự đô ̣ng

Máy giải nhiệt theo xung động dòng chảy giúp rút ngắn thời gian chu kỳ từ 10% đến 20% cho khuôn ép phun các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo có chiều dày từ 0.5 mm đến 1.5 mm.

Với công nghệ giải nhiệt theo xung động dòng chảy, trong chu kỳ ép phun cho sản phẩm nhựa nhiệt dẻo có độ dày từ 0.5 mm đến 1.5 mm, nhiệt độ khuôn sẽ được nâng lên mức 70°C và sau đó làm nguội đến 30°C.

Máy giải nhiệt theo xung động dòng chảy là thiết bị lý tưởng cho các loại khuôn ép phun nhựa nhiệt dẻo, có khả năng sử dụng với nhiều vật liệu khuôn phổ biến như nhôm và thép.

Với các mục tiêu nêu trên, nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành thiết kế và thi công các bộ phận của máy theo thứ tự như sau:

(*) Sơ đồ bố trí bảng giao tiếp của hệ thống:

Bảng giao tiếp của thiết bị được thiết kế để cài đặt và hiển thị các thông số của hệ thống đến người dùng, như thể hiện trong Hình 3.1.

Hình 3.1 Mặt Panel (*) Thiết kế và gia công khung đỡ cho hệ thống

Các yêu cầu chính của khung đỡ:

- Đảm bảo độ cứng vững nâng đỡ cả hệ thống trong quá trình hoạt động

- Chống rung, cách nhiệt, cách điện, an toàn cho người sử dụng

- Không gian đủ để lắp các thiết bị cần thiết

- Chống nhiễu cho các thiết bị điện tử, đảm bảo vận hành tốt trong môi trường công nghiệp

Khung máy được thiết kế đơn giản với một bình gia nhiệt và hệ thống làm mát trực tiếp từ nguồn nước bên ngoài, như thể hiện trong Hình 3.2 Bình gia nhiệt có kích thước 250mm và chiều dài 300mm, trong khi khung máy có kích thước chữ nhật 800×600×450mm.

Hình 3.2 Phương án bố trí kết cấu máy

- Hệ thống có khung đỡ đơn giản, thấp tạo sự cân bằng rất tốt

- Không gian vừa đủ để bố trí các thiết bị cơ điện

- Hệ thống nhỏ gọn dễ di chuyển

- Không gian giữa các thiết bị hạn chế

- Chỉ có một bình gia nhiệt hoạt động nên làm mát bằng nước bên ngoài

Phương án này tối ưu hóa cấu trúc với độ cứng vững cao và tính khả thi vượt trội so với hai phương án còn lại Không gian được thiết kế vừa đủ để lắp đặt thiết bị, dễ dàng di chuyển và thay thế Đây là lựa chọn thiết kế lý tưởng nhất hiện nay.

(*) Kết cấu các chi tiết chính

Theo phương án được lựa chọn trên, kết cấu sẽ được đưa ra chi tiết hơn sau đây:

Khung đỡ có thiết kế đơn giản với hình hộp chữ nhật, kích thước 800×500×400mm, phù hợp để chứa các thiết bị cần thiết Vật liệu sử dụng là sắt thanh V25 dày 2mm, đảm bảo độ bền và chắc chắn cho sản phẩm.

Hình 3.3 Khung đỡ hệ thống

Hình 3.4 Bản vẽ khung đỡ hệ thống

Bình gia nhiệt dung tích 11 lít được thiết kế nhỏ gọn, phù hợp để cung cấp lượng nước cần thiết cho các thực nghiệm Chất liệu Inox 304 dày 1mm đảm bảo độ bền và an toàn Đầu nước tràn và nước ra có kích thước ngoài 20mm, trong khi đầu nước hồi và nước vào có kích thước ngoài 12mm, tất cả đều làm từ Inox 304 Bình được bịch kín một mặt và mặt còn lại được đóng kín bằng mặt bích, đồng thời được cố định trên khung bằng hai giá đỡ.

Hình 3.6 Kích thước bình gia nhiệt

- Mặt bích bình gia nhiệt

Mặt bớch cú kớch thước ỉ270mm, dày 2mm, được làm bằng vật liệu inox

304 Mặt bích được kết nối với bình gia nhiệt bằng đai ốc, ở giữa sẽ có 1 lớp ron silicon chịu nhiệt

Hình 3.7 Mặt bích bình gia nhiệt Hình 3.8 Ron silicon chịu nhiệt

- Giá đỡ bình gia nhiệt

Giá đỡ bình gia nhiệt được làm bằng sắt và được phun sơn chống rỉ Giá đỡ có chiều cao 280mm, rộng 270mm và dày 4mm

Hình 3.9 Giá đỡ bình gia nhiệt

Hình 3.10 Bản vẽ mặt bích bình gia nhiệt

Sau quá trình gia công và lắp ráp, bình gia nhiệt sẽ được liên kết với mặt bích và giá đỡ như Hình 3.11

Hình 3.11 Hình ảnh bình gia nhiệt hoàn chỉnh

Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển

3.2.1 Lựa chọn thiết bị điện

Các thành phần chính của thiết bị giải nhiệt cho khuôn phun ép bằng nước bao gồm: Heater, máy bơm chịu nhiệt, Relay, Sensor nhiệt, bộ điều khiển nhiệt độ, bộ đếm (timer), Contactor (CP), van điện từ (solenoid), các công tắc (CT) và nút nhấn.

Heater là thanh điện trở được sử dụng để gia nhiệt cho dung môi bên trong các bình chứa Đối với bình nước cần gia nhiệt, nên chọn điện trở có công suất 1000W để đảm bảo hiệu quả.

W với thời gian gia nhiệt là 30 phút Sau quá trình thực nghiệm, với công suất

Để đảm bảo thời gian gia nhiệt hiệu quả, nhóm nghiên cứu quyết định lắp đặt hai thanh điện trở công suất 2.5kW mỗi thanh, thay vì chỉ sử dụng 1000W như đã đăng ký Việc này không chỉ giúp rút ngắn thời gian gia nhiệt cho nước mà còn giảm thiểu thất thoát nhiệt ra môi trường bên ngoài Mặc dù có các loại điện trở công suất cao hơn trên thị trường với giá không chênh lệch nhiều, việc tăng công suất không làm tăng công suất toàn bộ thiết bị, vì khi nước đạt nhiệt độ yêu cầu, điện trở sẽ tự động tắt.

- Vi ̣ trí lắp: trong thùng gia nhiê ̣t

- Công suất mỗi thanh: 2.5 KW

- Chọn bơm nước bình thường trong công nghiệp thì 4 yếu tố chính là lưu lượng, cột áp, độ nhớt và kích thước đường ống

Cột áp là phần phức tạp nhất trong hệ thống, vì vậy cần chọn đoạn ống dài nhất từ bồn nước bơm đến vị trí cần bơm để tính tổn thất cột áp cao nhất Trong tuyến đường chính với nhiều kích thước ống khác nhau, ta sẽ tính tổn thất trên từng đoạn và sau đó cộng tổng các cột áp lại để ra cột áp tổng cho toàn bộ tuyến ống.

Có nhiều phương pháp để tính toán bơm nước trong dân dụng, từ những kinh nghiệm đơn giản đến những tính toán chi tiết hơn khi tham gia dự thầu hoặc thực hiện các công trình lớn Việc lựa chọn bơm chính xác đòi hỏi một quá trình tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất và hiệu quả tối ưu.

(*) Tính toán máy bơm: (để tìm thông số lưu lượng, cột áp, đường ống)

- Tính toán theo kinh nghiệm: (nước thường 25~ 30 °C, không tính độ nhớt)

- Về lưu lượng: đơn vị m 3 /h hoặc lít/phút Chọn theo lưu lượng cần Áp dụng tính toán theo yêu cầu:

+ Trong một giờ thì bơm đầy bồn 3 mét khối => lưu lượng 3 khối/giờ + Muốn bơm đầy 2 bồn, mỗi bồn 4 mét khối trong 3 giờ =>8 khối/3giờ

+ Trên máy có sẳn lưu lượng cần bơm qua, rồi lấy tổng lưu lượng các máy ra lưu lượng chính

Cột áp được xác định từ điểm thắp nhất đến điểm cao nhất tính bằng mét độ cao, bao gồm cả tổn thất áp suất do co cút-tê và ma sát với thành ống, ảnh hưởng bởi độ nhám của ống và kích cỡ ống.

Khi chạy qua tải, tổn thất áp suất sẽ tăng lên, đặc biệt nếu có nhiều đầu nước ra Để đạt được tổn thất áp suất cao nhất, cần chọn tuyến đường ống dài nhất từ vị trí bơm.

+ Điểm thấp nhất đến điểm cao nhất và đã trừ ra cột áp hồi (tức là nước tự tuần hoàn trở lại bơm)

+ Lấy theo kinh nghiệm một co vuông bằng 3% cột áp tổng, tê thì lấy 2% cột áp tổng Lấy 5 mét theo chiều ngang bằng 1 mét theo chiều cao

Khi chạy qua tải, tổn thất áp lực cần được xác định nếu thông số tổn thất đã có sẵn Sau khi tính toán cột áp, chúng ta nhân với hệ số an toàn 1,4 lần để có cột áp tổng Kết quả này sẽ được thông báo cho bên bán bơm nước, bao gồm nhu cầu sử dụng, lưu lượng và cột áp, để nhà sản xuất tra đồ thị và chọn bơm phù hợp, từ đó cung cấp báo giá cho bạn.

- Về Kích thước đường ống: (chỉ cần có thông số lưu lượng) Dựa vào công thức:

Vận tốc nước dựa vào tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4513-1988 Chọn nước dùng cho mọi nhu cầu công nghiệp vận tốc V = 2.5 m/s

Ta có: Q = 6.28 l/ph, dùng cho công nghiệp V = 2,5 m/s

- Tính toán theo công thức cho hệ thống công nghiệp: (nước thường

- Về cột áp: Cột áp H = H1 + H2 +H3

H1: Tổng áp lực của cột nước cao nhất được xác định bởi áp lực nước theo độ cao từ vị trí đặt bơm đến điểm xa nhất trong hệ thống Theo kinh nghiệm, 5 mét chiều ngang tương đương với 1 mét chiều cao.

+ H2: cột áp để phun nước tại đầu ra

Tổn thất áp suất tại co cút tê trên đường ống (tổn thất cục bộ) và ma sát đường ống là yếu tố quan trọng cần xem xét trong hệ thống bơm Trong trường hợp cụ thể, khoảng cách từ bơm đến vị trí cần bơm có độ cao 6 m, trong khi ống đi ngang là 0 m và lưu lượng nước là 104 m³/h (tương đương 6.28 l/s) Việc hiểu rõ về tổn thất áp suất sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất bơm và tiết kiệm năng lượng.

 cột áp cao H1 = 6 + 0 = 6 mét cao

 H2 lấy bằng 0 mét phun theo độ cao

Hb = 10%* Ha là tổn thất qua tê, co trên toàn hệ thống

Q: lưu lượng nước qua ống (l/s)

L: chiều dài của đoạn ống (m)

Sức cản ma sát từ ống được xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam 4513-1988, với đường kính ống là 8 mm, cho giá trị A là 0,00003395 Tính toán H3 bằng công thức H3 = 0,00003395 x (6+0) x 6.282 + 10%*Ha cho kết quả H3 là 0.2 mét nước Do đó, tổng chiều cao H là 6 + 0 + 0.2 = 6.2 mét nước Lưu lượng nước đạt 6.28e-3 m3/h, theo đồ thị, bơm được chọn là 0.8 hp với đường ống 8 mm.

- Tính toán theo công thức chi tiết:

- Về Kích thước Đường ống: như trên.v.v

- Về cột áp: Cột áp H = H1 + H2 +H3 Với H3 = ΔPma sát + ΔPcục bộ

Trong đó: ΔPms: Tổn thất ma sát đường ống, Pa ΔPcb: Tổn thất áp suất cục bộ, Pa

63 Độ nhớt của nước theo bảng sau: ví dụ ở 30 °C thì độ nhớt là 1,306 x

Hình 3.13.Độ nhớt của nước ứng với các mức nhiệt độ khác nhau

Để tính toán H3, đầu tiên cần xác định nhiệt độ của nước, thường là 30°C với độ nhớt 0,8 x 10 -6 m²/s và khối lượng riêng 1000 Kg/m³ Sau đó, sử dụng công thức Reynolds để xác định dòng chảy rối hoặc tầng, với tốc độ nước khoảng 2,5 m/s hoặc 2 m/s và đường kính ống đã tính dựa trên lưu lượng Tiếp theo, tính hệ số λ và thay vào công thức để tính ΔPms, sử dụng mật độ nước là 1000 Kg/m³ Cuối cùng, tính ΔPcb, trong đó hệ số trở kháng cục bộ được tra cứu từ bảng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.

+ Ứng dụng cho đề tài như sau: đường ống dài 6 mét, lưu lượng nước 6.28 l/ph, đường ống 8 mm, nhiệt độ nước 30°C V = 2,5 m/s Đường ống có

=> ΔPms = 0,01 x 60 x 1000 x 2,5 2 /(0,15 x2) = 12500 Pa ~ 1,27 mét nước cao

=> ΔPcb với mỗi van có trở kháng cục bộ là 2,5 và co 90 o là 0,6 Trở kháng cục bộ tổng là 5,6 ΔPcb = 5,6 x 1000 x 2,5 2 /2 = 17500 Pa ~ 1,78 mét nước cao

H3 = 1,27 + 1,78 = 3,05 mét nước cao ( > 2 mét nước cao ở trên vì chưa xét đến tổn thất co, van)

(*) Chọn công suất điện cho bơm nước: (khi đã có cột áp và lưu lượng)

- Tính công suất bơm theo công thức thường:

Pbơm(walt điện) = Áp lực (Pa) x 10 -3 x Lưu lượng (lít/giây)/ hiệu suất sử dụng (n=0,65 ~ 0,9) Đổi từ cột áp mét nước ra áp lực Pa rồi thay vào công thức

 chiều dài tổng 6 mét lưu lượng 0,04 lít/giây

Sử dụng phần mềm tra cứu công suất máy như hình sau:

Hình 3.14 Tra cứu công suất máy bơm

=> Công suất điện = 149328 x 10 -3 x 0,44444 / 0,65 = 102,104 Walt điện Nếu muốn mua bơm ta nhân cho hệ số dự trữ 1,4 lần Tức bằng 102,104 x 1,4 2,95 Walt ~1/4 Hp điện cho bơm

(*) Tra Đồ thị bơm từng hãng sản xuất: Tra đồ thị để chọn công suất máy bơm

Hình 3.15 Công suất của một số loại máy bơm thông dụng

Hình 3.16 Quan hệ giữa cột áp và lưu lượng nước

Máy bơm được sử dụng để bơm nước vào khuôn ép nhựa, yêu cầu công suất lớn để luân chuyển nước từ bình gia nhiệt đến bộ chia, từ bộ chia vào khuôn, và từ khuôn hồi tiếp trở lại bình gia nhiệt Do làm việc với nhiệt độ cao, máy bơm cần được chọn với các đặc điểm phù hợp để đảm bảo hiệu suất và độ bền.

- Loại bơm: bơm chi ̣u nhiê ̣t

Cách kết nối hệ thống nước giữa bình gia nhiệt và máy bơm:

Hình 3.18 Kết nối hệ thống nước của bình gia nhiệt với máy bơm

Mạch điều khiển sử dụng relay cho các quá trình đơn giản mang lại nhiều lợi ích trong thiết kế, lắp đặt và thay thế, giúp đảm bảo tính ổn định và độ bền cho thiết bị điện tử Trong hệ thống gia nhiệt, relay được dùng để điều khiển các thiết bị hoạt động với điện áp 220V, nhờ vào những đặc tính nổi bật của nó.

Cảm biến nhiệt là thiết bị đo nhiệt độ, có vai trò quan trọng trong việc điều khiển và ổn định nhiệt độ Để đảm bảo hiệu quả, hệ thống cần sử dụng hai cảm biến nhiệt, một đặt ở vòi ra của bồn gia nhiệt và một trên khuôn ép Nhờ vào thiết kế đặc thù của cảm biến và vòi ra, cảm biến được lắp đặt trong lòng một core đồng và dán bằng keo chịu nhiệt, sau đó được lắp vào vòi ra để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo lường.

3.2.6 Bộ điều khiển nhiê ̣t độ SW-C4

Phân tích van đảo chiều (Directional Control Valves)

Van đảo chiều có chức năng điều khiển việc cung cấp dầu và hướng cấp dầu vào các khoang của xilanh thủy lực, từ đó giúp khởi động, dừng hoặc đảo chiều chuyển động của xilanh thủy lực.

Van đảo chiều được xác định bằng số cửa và số vị trí

– Số cửa: là số cửa để dẫn dầu vào van hay ra khỏi van, thường là 2, 3,

Số vị trí điều khiển của con trượt van thường là 2, tương ứng với mỗi vị trí, van đảo chiều sẽ dừng việc cung cấp dầu hoặc thay đổi hướng cung cấp dầu cho xilanh thủy lực.

- Ưu và nhược điểm của van đảo chiều

– Kiểm soát và nắm bắt chính xác nhiệt độ bề mặt khuôn trong quá trình ép

– Linh hoạt trong khả năng bơm vào khuôn và khả năng cung cấp nguồn nước làm mát với nhiều mức nhiệt độ đa dạng

Khả năng làm mát nhanh chóng giúp khuôn đạt nhiệt độ cao, từ đó cải thiện khả năng điền đầy của nhựa mà không làm giảm năng suất.

– Tiết kiệm nguồn điện bơm nước trong sản xuất hàng loạt lớn cũng như tiết kiệm nguồn nước làm mát

– Khắc phục các lỗi trên sản phẩm do làm mát khuôn không đều và không kịp thời

– Cần có một khoản đầu tư nhất định ban đầu

– Thường xuyên kiểm tra bảo trì để đảm bảo hệ thống vận hành chính xác

– Yêu cầu người điều khiển có một số kiến thức về khuôn mẫu khi vận hành

- Các ký hiệu dùng cho van đảo chiều:

Van đảo chiều được ký hiệu theo những quy tắc sau:

– Mỗi vị trí của van được ký hiệu bằng 1 ô vuông

– Mỗi cửa được biểu diễn bằng các chữ cái hoặc số Các chữ cái thường dùng để ký hiệu các cửa, thông thường:

P – cửa nối với đường dẫn dầu từ bơm

T – cửa nối với đường dẫn dầu về bể

A, B – cửa nối với cơ cấu chấp hành(xi-lanh)

– Các mũi tên trong các ô vuông chỉ hướng dầu qua van, các vị trí giữa chỉ đường dẫn dầu khi van ở vị trí chính giữa

Hình 3.25 Van đảo chiều 4 cửa/ 3 vị trí đóng tâm

Van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí đóng tâm có ba ô vuông biểu thị ba vị trí của van, với bốn cửa vào ra cho mỗi ô Các đường và mũi tên chỉ dẫn đường đi của dầu qua van vào xilanh thủy lực Ở vị trí chính giữa, các cửa của van không kết nối, khiến dầu không thể đi qua, do đó van được gọi là van đảo chiều 4 cửa 3 vị trí đóng tâm Để điều khiển van, có bộ phận nhận tác động điều khiển trên van để chọn vị trí làm việc Trong ký hiệu của van, các bộ phận này được biểu diễn ở hai phía của van Tín hiệu điều khiển vị trí làm việc của van có thể là tín hiệu cơ từ người sử dụng hoặc tác động gián tiếp qua tín hiệu điện, thủy lực, hoặc khí nén.

74 tiếp thông qua tín hiệu điện, thủy lực, khí nén Hình 3.26 Trình bày các loại tín hiệu thường dùng của van đảo chiều

Hình 3.26 Các loại tín hiệu tác động thường dùng của van đảo chiều

- Kết cấu van đảo chiều

Van đảo chiều có hai kiểu kết cấu chính: kiểu nút đậy và kiểu con trượt Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào van đảo chiều kiểu nút đậy với các đặc điểm nổi bật sau đây.

Hình 3.27 Van đảo chiều kiểu nút đậy 3/2

Trong kết cấu này, nút đậy có thể có hình cầu, nón cụt hoặc hình đĩa – Ưu điểm: độ khít cao, tuổi thọ cao, tác động nhanh

– Nhược điểm: chế tạo phức tạp, hạn chế lưu lượng qua van, khó đạt nhiều vị trí, thường chỉ có 2 vị trí

Trên hình 3.27 mô tả cấu tạo và ký hiệu của van đảo chiều kiểu nút đậy

Có ba cửa (A, P, T) và hai vị trí (a và b) với các tín hiệu tác động bằng điện từ và lò xo Khi không có dòng điện vào cuộn dây điện từ a, van hoạt động ở vị trí b, cho phép dầu từ cửa A chảy về T Khi dòng điện được cấp vào cuộn dây điện từ a, lực hút điện từ sẽ khiến van chuyển sang vị trí a, dẫn đến dầu từ cửa P chảy ra cửa A.

Thiết kế mạch điện

Mạch điện điều khiển có nhiệm vụ lấy giá trị nhiệt độ từ cảm biến để điều chỉnh nhiệt độ nước trong lòng khuôn dao động trong khoảng dung sai của nhiệt độ mong muốn Nó cũng điều khiển bơm theo các chế độ khác nhau như bơm dựa trên tín hiệu nhiệt độ của lòng khuôn, bơm theo tín hiệu timer hoặc bơm theo chế độ thủ công.

- Điều khiển nhiê ̣t đô ̣ nước: bằng cách gia nhiê ̣t hoă ̣c làm mát nước khi quá nhiê ̣t thông qua heater và van điê ̣n

- Điều khiển bơm: ta ̣o dòng chảy/ngừng theo tín hiê ̣u của cảm biến, timer hoặc bằng tay

Điều khiển nhiệt độ nước được thực hiện thông qua hai loại bộ điều khiển: controller S3 (điều khiển gia nhiệt) và controller S2 (điều khiển van điện làm mát) Trong đó, giá trị cài đặt nhiệt độ của controller S2 luôn lớn hơn so với controller S3.

- Nhiệt độ nướ c nhỏ hơn nhiê ̣t đô ̣ controller S3 thì gia nhiê ̣t hoa ̣t đô ̣ng

- Nhiệt đô ̣ nước lớn hơn nhiê ̣t đô ̣ controller S2 thì van điê ̣n xả nước vào làm mát nước đến nhiê ̣t đô ̣ cài đă ̣t

(*) Điều khiển bơm hoạt động theo các yêu cầu sau:

Theo tín hiệu của cảm biến, controller 1 sẽ đo nhiệt độ của khuôn Khi chế độ bơm được mở và nhiệt độ khuôn đạt giá trị cài đặt trên controller 1, bơm sẽ hoạt động.

Timer T1 và Timer T2 được thiết kế để bơm điện không liên tục, hoạt động khi Timer T1 bắt đầu đếm và ngưng khi Timer T2 bắt đầu đếm Cả hai Timer đều có thể điều chỉnh thời gian đếm theo nhu cầu sử dụng.

- Theo chế độ bằng tay (Manual): khi mở chế đô ̣ bơm Manual, nước đươ ̣c bơm liên tu ̣c vào khuôn

Hình 3.28 Giải thuật gia nhiệt

Hình 3.29 Giải thuật giải nhiệt

Hình 3.30 Giải thuật điều khiển

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển

- Thiết lập khoảng nhiệt độ nước tại controller 2 (HEATING), 3 (COOLING) (nhiệt độ thiết lập cách nhau 3 - 4 °C)

Mở công tắc gia nhiệt CT4, nếu nhiệt độ nước thấp hơn nhiệt độ cài đặt tại controller S3 thì gia nhiệt sẽ hoạt động Khi nhiệt độ nước đạt yêu cầu, hệ thống sẽ ngừng gia nhiệt.

Bơm nước mát vào bồn t1>t2 t1 D ≥ 2.5mm, Chọn D = 4.5 mm

Hình 3.50 Thiết kế miệng phun trực tiếp cho sản phẩm

Ta có kích thước bạc cuống phun:

Hình 3.51 Kích thước bạc cuống phun

- Thiết kế hệ thống làm nguội

Việc làm mát cho bộ khuôn đóng đóng vai trò quan trọng trong quá trình ép, chiếm gần 50% thời gian của một chu kỳ ép Hệ thống làm nguội không chỉ giúp tăng tốc độ làm nguội và giảm thời gian chu kỳ ép mà còn giữ nhiệt độ bộ khuôn ổn định, từ đó tăng tuổi thọ cho bộ khuôn.

Hình 3.52 Kích thước thiết kế cho kênh làm nguội

Trong đó: w: độ dày thành sản phẩm d: đường kính kênh dẫn làm nguội a: khoảng cách từ tâm kênh dẫn làm nguội đến lòng khuôn

104 b: khoảng cách giữa tâm của 2 kênh dẫn làm nguội

Dựa vào các công thức trên, ta có chiều dày sản phẩm w = 1mm, nên chọn: a = 15mm, b = 30mm

Hình 3.53 Kích thước hệ thống làm nguội cho sản phẩm thực nghiệm

- Thiết kế hệ thống đẩy

Sau khi sản phẩm trong khuôn được làm nguội, khuôn sẽ được mở ra Tuy nhiên, sản phẩm thường dính chặt vào lòng khuôn do lực hút chân không và có xu hướng co lại khi nguội Do đó, cần một hệ thống đẩy để đưa sản phẩm ra ngoài một cách dễ dàng.

 Đơn giản hóa, không quá phức tạp đối với khuôn, cơ cấu nhỏ, nhẹ và hiệu quả

Chốt đẩy có độ cứng từ 40 đến 45 HRC, được gia công chính xác và lắp đặt theo hệ thống trục Độ chịu mài mòn tốt do chu kỳ ép phun ngắn, tuy nhiên bạc dẫn hướng không tự bôi trơn dẫn đến tình trạng mòn nhanh và giảm tuổi thọ.

Tốc độ tác động lên sản phẩm rất nhanh, có khả năng tác động đồng thời ở nhiều vị trí đối với sản phẩm có bề rộng lớn như ty lói Đối với sản phẩm ngắn như tấm lói - lói bửng, tác động sẽ mang tính cục bộ Ngoài ra, tác động cũng xảy ra đối với các sản phẩm không đồng phẳng như ống lói hoặc các sản phẩm có bề dày sâu như khí nén.

 Có khoảng đẩy và lực đẩy phù hợp để lấy sản phẩm

 Sản phẩm dễ dàng lấy ra và không ảnh hưởng đến hình dạng sản phẩm

 Hệ thống đẩy phải nằm trên khuôn di động (khuôn hai tấm)

Do sản phẩm thực nghiệm có bề dày nhỏ, việc đẩy bằng ty đẩy có thể gây nguy cơ phá hủy sản phẩm Vì vậy, trong trường hợp này, sử dụng tấm lói (tấm tháo) là cần thiết để đảm bảo sản phẩm thoát khuôn một cách an toàn.

Hình 3.54 Hệ thống đẩy dùng tấm lói (tấm tháo)

Hình 3.55 Thiết kế hệ thống đẩy dùng tấm lói

- Thiết kế các khối insert

Bộ khuôn trong thí nghiệm này là khuôn hai tấm, thiết kế cho sản phẩm có bề dày thay đổi, với số lòng khuôn là 1 do sản phẩm có bề dày nhỏ Chúng tôi sẽ chế tạo các khối insert cho các bề dày khác nhau để thay thế khi ép sản phẩm Để duy trì nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt, các rãnh sẽ được tạo xung quanh bề mặt tiếp xúc với tấm khuôn di động Khối insert được trang bị hai lỗ để lắp đặt điện trở gia nhiệt, giúp gia nhiệt khuôn hiệu quả Sau mỗi chu trình ép phun, sản phẩm sẽ được làm nguội thông qua các kênh làm nguội ở khuôn âm và khuôn dương.

Dự án 106 sẽ được bổ sung hai kênh làm nguội, được thiết kế với taro ren để gắn chặt với các đầu nối ống nước Để kiểm soát nhiệt độ khuôn, hệ thống sử dụng cảm biến nhiệt để đo và điều chỉnh nhiệt độ thông qua bộ điều khiển nhiệt độ, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.

Hình 3.56 Thiết kế khối insert

3.5.3 Tính toán, thiết kế thông số cắt tấm khuôn âm và dương

Công nghệ gia công tấm khuôn và các miếng ghép lòng, lõi khuôn được thực hiện trên máy CNC với sự kết nối của phần mềm điều khiển Quá trình này được thực hiện theo chương trình Creo, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả cao trong sản xuất.

Thứ tự quy trình công nghệ được thực hiện theo các bước:

 Chọn phôi với vật liệu, kích thước yêu cầu

 Chọn dao tương ứng với từng nguyên công

Căn cứ vào độ cứng của phôi và đường kính dao, tra bảng cho tốc độ tiến dao Vf và số vòng quay trục chính

 Công thức được tính như sau:

Fz (mm) = feed per tooth (lượng tiến mỗi lưỡi cắt)

N = Vc x1000 πx∅ (1/min) N: Số vòng quay trục chính

Vf : Tốc độ tiến dao

Phôi được tạo cắt thép tấm với kích thước ban đầu 240 x 140 x 40 Độ cứng 30-40HRC

 Nguyên công 2: Phay thô và phay tinh mặt đầu

 Bước 1: Phay thô mặt đầu

Với các thông số gia công như sau:

Chọn dao phay mặt đầu với dao cú đường kớnh ỉ 20, số lưỡi cắt Z=4

 Tốc độ quay trục chính

 Lượng tiến mỗi lưới cắt:

 Bước 2: Phay tinh mặt đầu với dao cú đường kớnh ỉ 10

Với các thông số như sau:

 Lượng tiến mỗi lưỡi cắt:

Thông số cắt tấm khuôn dương

Phôi được cắt bằng khí axetilen

 Nguyên công 2: phay thô các mặt cạnh dung dao phay ∅16

Có các thông số của chế độ cắt như sau:

 Lượng tiến mỗi lưỡi cắt

 Bước 2: Phay tinh mặt mặt phẳng, dao phay phẳng ∅14

 Lượng tiến môi lưỡi cắt

 Nguyên công 3: phay thô và phay tinh bề mặt phôi

 Bước 1: Phay thô mặt đầu và dùng dao phay mặt ∅20

Tra bảng có các thông số của chế độ cắt như sau:

 Bước 2 : Phay tinh mặt đầu bằng dao phay ∅20

 Bước 3: Phay thô hốc miếng ghép dao phay ∅6

 Bước 4: Phay tinh hốc dao phay phẳng ∅3

 Bước 5 : Khoan lỗ lắp cuống phun dao ∅14

 Bước 6 : Khoan 4 lỗ lắp bạc dẫn hướng dao ∅24

 Bước 7 : Khoan 4 lỗ bắt bu long để cố định tấm khuôn trên với dao ∅12

 Bước 8: Khoan 8 lỗ bắt bu lông cố định miếng ghép lòng khuôn với tấm khuôn trên dao ∅10

 Nguyên công 4: Khoan các lỗ làm mát dao ∅ 5

 Nguyên công 5: gia công mặt dưới của tấm khuôn trên

Thông số gia công tấm khuôn âm

Phôi được cắt bằng khí axetilen

 Nguyên công 2: Phay thô và phay tinh các mặt cạnh phôi

 Bước 1 : Phay thô các mặt cạnh dùng dao phay ∅ 16

Thông số cắt như sau:

 Bước 2: Phay tinh mặt phẳng, dao phay phẳng ∅ 14

 Nguyên công 3: Phay thô và phay tinh bề mặt phôi

 Bước 1 : Phay thô mặt đầu và dùng dao phay mặt đầu ∅ 20

Tra bảng có thông số gia công như sau:

 Bước 2 : Phay tinh mặt đầu dao phay phẳng ∅ 20

 Lưỡng tiến mỗi lưỡi cắt

 Bước 3: Phay thô hốc đặt miếng ghép dao phay ∅6

 Bước 4: Phay tinh hốc dao phay phẳng ∅3

 Bước 5 : Khoan 4 lỗ lắp bạc mở rộng dao ∅20

 Bước 6: Khoan 4 lỗ lắp bu lông cố định phần khuôn dưới với dao ∅12

 Bước 7: Khoan 8 lỗ bắt bu lông cố định miếng ghép lõi khuôn và tấm khuôn dưới với dao ∅10

 Bước 8: Khoan 8 lỗ chốt đấy sản phẩm dao có đường kính ∅ 3

 Nguyên công 4: Khoan đường làm mát dao ∅ 5

 Nguyên công 5: Phay bề mặt sau của tấm khuôn dưới

Phân tích, đánh giá máy giải nhiệt và kết cấu khuôn

Trong quy trình phun ép nhựa, nhựa nóng chảy được phun vào khuôn để tạo ra sản phẩm, nhưng nhiệt độ của dòng nhựa sẽ bị thất thoát do truyền qua khuôn Sự ma sát giữa các phần tử nhựa chỉ bù đắp một phần nhiệt độ đã mất, dẫn đến tình trạng nhựa khó hoặc không thể điền đầy ở một số vị trí trong khuôn.

Vị trí xa cổng phun có thể gây ra khuyết tật cho sản phẩm Để khắc phục tình trạng này, việc sử dụng điện trở gia nhiệt (heater) là giải pháp hiệu quả, giúp bù đắp nhiệt lượng bị mất trong quá trình sản xuất Kết quả là sản phẩm được tạo ra có chất lượng tốt hơn và khuyết tật giảm đáng kể Trong nghiên cứu này, một cấu trúc mới của khuôn đã được thử nghiệm với quá trình gia nhiệt cho lòng khuôn, và kết quả đạt được sẽ được trình bày trong các phần tiếp theo.

Khuôn âm giữ nguyên kết cấu ban đầu, chỉ thay đổi ở khuôn dương để lắp đặt heater và sensor Cụ thể, khuôn dương sẽ được khoan bên hông khối insert để gắn heater phục vụ cho quá trình gia nhiệt Sản phẩm sẽ được làm nguội thông qua các kênh làm nguội ở cả khuôn âm và khuôn dương, trong đó khuôn dương sẽ có thêm hai kênh làm nguội được gia công ren để kết nối với ống nước Để kiểm soát nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt, cảm biến nhiệt sẽ được sử dụng để đo và điều khiển nhiệt độ, với vị trí khoan chính giữa khối insert để lắp sensor.

Kết cấu mới của khuôn ảnh hưởng đến tính năng gia nhiệt và giải nhiệt, với nhiều lỗ khoan trên khối insert giúp kiểm soát nhiệt độ hiệu quả Quá trình gia nhiệt được thực hiện bằng heater, kết hợp với cảm biến nhiệt để đo và điều chỉnh nhiệt độ thông qua bộ điều khiển nhiệt độ, đảm bảo lượng nhiệt thất thoát được kiểm soát tốt.

3.6.1 Ưu nhược điểm của phương pháp gia nhiệt bằng điện trở gia nhiệt

- Cài đặt nhiệt độ đơn giản, nhanh chóng

- Gia nhiệt nhanh chóng với những sản phẩm có cấu trúc hình học đơn giản

- Hệ thống đơn giản, tự động hóa dễ dàng

- Giá thành tương đối rẻ

- Công suất gia nhiệt phụ thuộc vào kích thước của dây điện trở

- Nhiệt độ dễ bị thay đổi sau mỗi chu trình làm nguội

(*) Nhận xét kết quả gia nhiệt:

Hình 3.58 Biểu đồ nhiệt theo thời gian khi gia nhiệt

Kết quả gia nhiệt lòng khuôn bằng điện trở cho thấy nhiệt độ tăng nhanh và đồng đều từ 32°C, với mức tăng trung bình 13°C mỗi phút Khi đạt 85°C, tốc độ tăng nhiệt chậm lại, chỉ khoảng 5°C mỗi phút, và mất 14 phút để đạt 120°C Nhiệt độ đo được trong quá trình gia nhiệt phù hợp với yêu cầu khi ép, với công suất của heater là 150W.

Kết cấu khuôn mới có sự khác biệt rõ rệt so với khuôn truyền thống, đặc biệt ở khối insert, nơi đảm nhận vai trò gia nhiệt, giải nhiệt và tạo hình sản phẩm Thay vì sử dụng ty đẩy như trong khuôn truyền thống, khuôn mới áp dụng tấm đẩy để đưa sản phẩm ra, giúp hạn chế dung sai đối với bề dày của sản phẩm.

Sản phẩm 121 được tạo ra với sự hạn chế nhấp nhô trên bề mặt nhờ loại bỏ dung sai giữa ty đẩy và bề mặt khuôn, mang lại chất lượng cao hơn so với khuôn truyền thống Nước giải nhiệt chỉ đi qua khối insert, giúp rút ngắn thời gian chu kỳ so với việc sử dụng toàn bộ bề mặt khuôn như trước Khuôn dương mới sử dụng phương pháp gia nhiệt bằng điện với nhiệt độ khoảng 200°C, cao hơn nhiều so với 90°C - 100°C của khuôn truyền thống, dẫn đến thời gian gia nhiệt ngắn hơn Điều này xảy ra vì chỉ cần gia nhiệt cho khối insert, trong khi khuôn truyền thống phải gia nhiệt toàn bộ khuôn và gặp khó khăn trong việc duy trì nhiệt độ ổn định do nước bắt đầu bốc hơi khi đạt khoảng 100°C.

MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG

Tiêu đề	Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ và thiết kế chế tạo hệ thống gia – giải nhiệt khuôn theo xung động dòng chảy
Tác giả	Ths. Nguyễn Vinh Dự
Trường học	UBND TP. Hồ Chí Minh Sở Khoa Học Và Công Nghệ
Thể loại	Báo cáo nghiệm thu
Năm xuất bản	2015
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	214
Dung lượng	8,9 MB