Nghiên cứu giải quyết vấn đề cân bằng dòng chảy trong khuôn ep phun nhiều sản phẩm

Dòng chảy trong khuôn được gọi là cân bằng khi chúng điền đầy các khoang tạo hình trong cùng thời gian và áp suất.. Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân bằng dòng chảy Nội dung nghiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐOÀN LÊ NGỌC PHI LÂN

NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CÂN BẰNG DÒNG CHẢY

TRONG KHUÔN ÉP PHUN NHIỀU SẢN PHẨM

CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ NGÀNH: 2.01.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, năm 2003

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

⎯ ⎯ ™™™ ⎯ ⎯

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: PGS.TS NGUYỄN THANH NAM

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ

LUẬN VĂN THẠC SĨ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, tháng 12

năm 2003

Có thể tìm hiểu luận văn tại Thư Viện Cao Học - Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh

Tp.HCM, ngày tháng năm 2003

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : ĐOÀN LÊ NGỌC PHI LÂN Phái: NAM

Ngày, tháng, năm sinh: 24 / 6 / 1975 Nơi sinh: QUẢNG NAM Chuyên ngành : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Mã số: 2.01.00

I- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CÂN BẰNG DÒNG CHẢY TRONG KHUÔN ÉP PHUN NHIỀU SẢN PHẨM

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân bằng dòng chảy trong khuôn

2 Xây dựng mô hình phân tích dòng chảy trong khuôn

3 Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân bằng dòng chảy

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: / / 2003

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30 / 09 / 2003

V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH TS PHẠM NGỌC TUẤN PGS TS TRẦN DOÃN SƠN

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 2003

PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Trong khi thực hiện bản luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của Thầy, Cô và các bạn đồng nghiệp Hôm nay, luận văn đã được hoàn thành, tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến:

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh đã tận tình giúp tôi

hoàn thành luận văn

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Nguyễn Thanh Nam

Đã dành những thời giờ quí báu để duyệt và cho những ý kiến đóng góp giúp luận văn được hoàn thiện

Quý Thầy-Cô giảng dạy các môn trong khóa học đã nhiệt tình truyền thụ những kiến thức hữu dụng không những cho luận văn này mà còn cho công tác của tôi sau này

Quý Thầy-Cô Trường kỹ thuật Cao Thắng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn và chia sẻ niềm vui đến gia đình và những người thân đã giúp đỡ, động viên, hỗ trợ và khích lệ tinh thần cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Cuối lời, xin kính chúc Quý thầy-cô, các bạn đồng nghiệp sức khỏe và thành đạt

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2003

Người thực hiện luận án Đoàn Lê Ngọc Phi Lân

LỜI NÓI ĐẦU

Ép phun là dạng công nghệ gia công nhựa phổ biến Theo thống kê của Hiệp Hội Nhựa thế giới, hiện nay chi tiết máy làm bằng vật liệu nhựa chiếm gần 25% trong tổng số các loại chi tiết máy

Sản phẩm được chế tạo từ công nghệ ép phun rất đa dạng về hình dáng, kích thước Đối với sản phẩm có hình dáng phức tạp và kích thước lớn, khuôn được chế tạo một khoang tạo hình Với sản phẩm có kích thước nhỏ, khuôn được chế tạo nhiều khoang tạo hình nhằm giảm chi phí sản xuất-hạ giá thành sản phẩm-nâng cao khả năng cạnh tranh

Tuy nhiên trong khuôn có nhiều khoang tạo hình, dòng chảy thường không cân

bằng Khi đó thời gian và áp suất điền đầy mỗi khoang tạo hình không như nhau, một

số khoang tạo hình đã được điền đầy trong khi một số khoang tạo hình khác quá trình điền đầy vẫn tiếp tục Kết quả là tính đồng nhất, đẳng hướng của vật liệu trong mỗi khoang tạo hình khác nhau, chất lượng sản phẩm trong loạt sản xuất không giống nhau

Dòng chảy trong khuôn được gọi là cân bằng khi chúng điền đầy các khoang tạo hình trong cùng thời gian và áp suất Cân bằng dòng chảy trong khuôn là bài toán

phức tạp Giải quyết được vấn đề này thì chất lượng sản phẩm trong loạt ép sẽ như nhau Nghĩa là về hình dáng, kích thước và tính lý - hoá của mỗi sản phẩm trong loạt sản xuất sẽ giống nhau Điều này giúp cho nhà sản xuất cạnh tranh về chất lượng và giá thành sản phẩm

Ở các nước phát triển trên thế giới, vấn đề về dòng chảy cân bằng trong khuôn đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ năm 1971, mà khởi đầu có thể nói là kỹ sư người Mỹ Colin Austin (Người sở hữu phần mềm phân tích mô phỏng nổi tiếng trên thế giới hiện nay - Moldflow) Cho đến cuối thập niên 90 của thế kỷ XX, có hàng loạt phần mềm phân tích dòng chảy nhựa dẻo như C-Mold, Moldex, Simpoe-Mold, Masterflow… ra đời Đặc biệt hiện nay, hãng Moldflow cho ra phiên bản MPI 3.1 (Molflow Plastic Insight), đây là kết quả đầu tiên của sự tích hợp 2 phần mềm nổi tiếng C-Mold và Moldflow, đã giúp cho người thiết kế khuôn giải quyết được việc cân bằng dòng chảy trong khuôn

Ơû Việt Nam, tại trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, vấn đề phân tích dòng chảy trong khuôn nói chung và vấn đề cân bằng dòng chảy nói riêng gần đây đã được quan tâm, đây là lý do mà tác giả luận văn được PGS-TS Đoàn Thị Minh Trinh cũng

như các thầy cô trong khoa Cơ khí phân công đề tài cho luận văn thạc sĩ là: Nghiên

cứu giải quyết vấn đề cân bằng dòng chảy trong khuôn ép phun nhiều sản phẩm

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn

Mục đích luận văn: Nghiên cứu giải quyết vấn đề cân bằng dòng chảy trong khuôn ép phun nhiều sản phẩm

Để thực hiện mục đích nêu trên, nhiệm vụ chính thực hiện trong phạm vi luận văn bao gồm:

1 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân bằng dòng chảy trong khuôn

2 Xây dựng mô hình phân tích dòng chảy trong khuôn

3 Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân bằng dòng chảy

Nội dung nghiên cứu được tóm tắt như sau:

Phần A: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân bằng dòng chảy

trong khuôn

Phần này khảo sát về bản chất dòng chảy nhựa dẻo trong khuôn cũng như qúa trình điền đầy khoang tạo hình Trên cơ sở đó xác định được điều kiện cân bằng, các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân bằng dòng chảy trong khuôn

Phần B: Xây dựng mô hình phân tích dòng chảy trong khuôn

Phần này xây dựng các phương trình cơ bản phân tích dòng chảy trong khuôn như: cuống phun, kênh nhựa, miệng phun và khoang tạo hình Những phương trình phân tích ở đây là phương trình áp suất, lưu lượng, vận tốc, tốc độ cắt, ứng suất cắt Chúng là những công cụ toán học giúp cho tác giả luận văn tìm ra mối liên hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến vấn đề cân bằng dòng chảy trong khuôn, để từ đó xây dựng giải pháp thiết kế đảm bảo dòng chảy trong khuôn cân bằng

Phần C: Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân bằng dòng chảy

Phần này, luận văn đưa ra giải pháp thiết kế đảm bảo cân bằng dòng chảy trong khuôn-đó là thay đổi đường kính kênh dẫn nhựa, đồng thời xây dựng một qui trình cài đặt các thông số công nghệ đảm bảo giá trị tính toán và chọn lựa trong quá trình thiết kế Giá trị đường kính kênh dẫn nhựa tìm ra từ giải pháp này đáp ứng được hai yêu cầu thực tiển là đảm bảo dòng chảy trong khuôn cân bằng và vật liệu nhựa tiêu hao trên kênh dẫn là hợp lý nhất

Today, because of require about quality, quantity and cost of product, we are people reseaching science and technology, that study continuously to optimize the operating process

In this thesis, the writer has studied the flow blancing process in multi-mold with the purpose is that: “All lot products must be the same” It mean that, the peformance, dimension and the other particular must be similar

To reach this purpose, there are many aims to be performed With the limit of time and writer knowledge, the balancing of flow in mold is found by designing the runner system, specially the diameter, accompanying the condition of balancing temperature and flow in the each cavity

The thesis includes 3 parts and 5 chapters that presented following details:

Part A: Study on the factors, affecting the flow balancing conditions in

the mold

Chapter 1: The condition to balance the melt flow in multy-cavity mold

Chapter 2: Study on the factors, affecting the flow balancing conditions

Part B: Building the mathematical model in order to analyse the melt

flow

Chapter 3: Building the formula for analyzing the mold-plastics flow

Part C: Finding out the designed solution to balance the melt flow in

multy-cavity mold.

Chapter 4: The method to solve the problems

Chapter 5: The process of setting up the technical parameters to balance the melt

flow

MỤC LỤC

Phần A: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân bằng

Chương 1: Điều kiện cân bằng dòng chảy trong khuôn nhiều sản phẩm 11

1.3 Điều kiện cân bằng dòng chảy trong khuôn nhiều sản phẩm 16

Chương 2: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân bằng

Phần B: Xây dựng mô hình phân tích dòng chảy trong khuôn 50

Chương 3: Xây dựng phương trình cơ bản phân tích dòng chảy nhựa dẻo

3.3 Dòng chảy giữa 2 tấm mỏng song song, có khoảng cách nhỏ 60

3.4 Dòng chảy trong ống có đường kính thay đổi 68

Phần C : Đề xuất giải pháp thiết kế đảm bảo cân bằng dòng chảy

Chương 4: Phương pháp giải bài toán cân bằng dòng chảy 72

4.1 Qui trình thiết kế đảm bảo cân bằng dòng chảy trong khuôn 74

4.2 Một số phương pháp thiết kế đường kính kênh nhựa 75

4.2 Phương pháp thiết kế đường kính kênh nhựa đảm bảo cân bằng dòng

chảy 83

Chương 5: Qui trình xác lập chế độ công nghệ đảm bảo cân bằng dòng

Phụ lục II: Đồ thị quan hệ giữa độ nhớt / MFI và tốc độ cắt / MFI 124

Phụ lục III: Đồ thị quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ cắt 127

CHƯƠNG 1

ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG DÒNG CHẢY TRONG KHUÔN NHIỀU SẢN PHẨM

1.1 Dòng nhựa chảy dẻo trong khuôn

1.2 Quá trình điền đầy sản phẩm

1.3 Điều kiện cân bằng dòng chảy trong khuôn nhiều

sản phẩm

Trong khuôn nhiều sản phẩm, dòng nhựa dẻo sau khi đi qua bạc cuống phun sẽ phân nhánh chảy vào các khoang tạo hình Phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà qúa trình điền đầy giữa các khoang tạo hình là như nhau hoặc không như nhau Qúa trình điền đầy giữa các khoang tạo hình như nhau tạo ra chất lượng sản phẩm trên loạt ép là như nhau Đây là kết qủa mong muốn đạt được của các nhà sản xuất Chương này tìm hiểu về bản chất dòng chảy nhựa dẻo trong khuôn, quá trình điền đầy sản phẩm cũng như

điều kiện để dòng chảy trong khuôn cân bằng

1.1 Dòng nhựa chảy dẻo trong khuôn

Khi phân tích dòng chảy nhựa dẻo trong khuôn, chúng ta phải bắt đầu từ bản chất dòng chảy nhựa dẻo Trường hợp phân tích đơn giản nhất của dòng chảy nhựa dẻo là dòng đơn hướng, nghĩa là từ vị trí bắt đầu cho đến vị trí kết thúc, dòng chảy chỉ

chảy theo một hướng Phức tạp hơn là dòng đa hướng

1.1.1 Bản chất dòng chảy nhựa dẻo

Dòng chảy nhựa dẻo có tính đàn nhớt (visco-elastic) và dẻo giả, nghĩa là dòng chảy vừa có tính nhớt của chất lỏng, vừa có tính đàn hồi và chảy dẻo của chất rắn Dòng chảy có những tính chất như trên gọi là dòng lưu biến (rheology) Như vậy chúng ta có thể kết luận rằng dòng chảy nhựa dẻo trong khuôn là dòng lưu biến

Khi nhựa chảy dẻo mang tính nhớt, năng lượng làm nhựa dẻo biến dạng bị tiêu hao biến thành nhiệt nhớt, nhiệt nhớt này làm nhiệt độ dòng chảy tăng lên Ngược lại khi nhựa chảy dẻo mang tính đàn hồi thì năng lượng làm nhựa dẻo biến dạng sẽ được tích lũy trong dòng chảy, năng lượng này gây ra hiện tượng co rút vật liệu sau khi đông đặc

Hình 1.1 Trạng thái dòng nhựa dẻo trong khoang tạo hình

Dòng chảy nhựa dẻo có tính đàn nhớt nên khi bị biến dạng, dòng nhựa có hai loại biến dạng: biến dạng cắt và biến dạng co giãn Trong quá trình ép phun, dòng nhựa dẻo chủ yếu bị biến dạng cắt, nghĩa là các lớp vật liệu trượt lên nhau Tuy nhiên khi tiết diện dòng chảy thay đổi, nhựa dẻo bị biến dạng co giãn Đại lượng đặc trưng cho biến dạng cắt là tốc độ cắt: ⎟

Sau này, trong dòng chảy lưu biến (nhựa dẻo) ta có: n

m γ

τ = ⋅

Ở đây khi n=1 thì m=η chất lưu biến trở về chất lỏng Niutơn

Đối với dòng nhựa dẻo, độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và tốc độ cắt Phân tích dòng chảy là phân tích áp suất, lưu lượng, tốc độ cắt, ứng suất cắt trong mối

liên hệ với nhiệt độ

1.1.2 Dòng nhựa dẻo trong khoang tạo hình

Dòng nhựa trong khoang tạo hình là dòng chảy giữa hai tấm song song, có khoảng cách nhỏ Dòng nhựa từ miệng phun chảy vào điền đầy khoang tạo hình nhờ vào sự chênh áp giữa miệng phun và mặt trước dòng chảy Dòng chảy kết thúc khi độ chênh áp giữa miệng phun và mặt trước dòng chảy bằng 0

Tùy thuộc vào hình học sản phẩm mà cần sử dụng một hoặc nhiều miệng phun Nếu sử dụng một miệng phun, mô hình dòng chảy đảm bảo đẳng hướng và điền đầy khoang tạo hình thì người ta gọi đây là mô hình lý tưởng Bài toán phân tích dòng chảy bỏ qua rất nhiều điều kiện ràng buộc như: vị trí đường hàn, hiện tượng dòng ngược, dồn nén cục bộ… Ngược lại, trong trường hợp hình học sản phẩm phức tạp, thường cần nhiều hơn một miệng phun Dùng nhiều miệng phun làm giảm áp suất cần thiết cho quá trình điền đầy, mỗi dòng chảy từ mỗi miệng phun là một dòng đẳng hướng, nên lúc này trong khoang tạo hình sẽ xuất hiện bài toán đa dòng, tạo nên các hiện tượng đường hàn, dòng ngược, điểm dồn nén cục bộ…

Bài toán đa dòng trong khoang tạo hình là bài toán phức tạp Khi thiết kế các thông số miệng phun (số lượng, vị trí, kích thước) cần đảm bảo các chỉ tiêu sau:

1 Áp suất tại mặt trước các dòng chảy khi gặp nhau phải bằng nhau

2 Vị trí gặp nhau giữa các dòng phải là nơi không yêu cầu cao về độ bền của sản phẩm Đồng thời về kết cấu khuôn cần đảm bảo thoát khí

Hiện tại, để giải bài toán đa dòng này người ta thường dùng phương pháp phần tử hữu hạn

Ngày nay, do yêu cầu về năng suất, mỗi loạt ép không đơn thuần là một sản phẩm mà tùy thuộc vào kích thước, hình học sản phẩm số lượng mỗi loạt ép được tăng lên Đối với các chi tiết nhỏ, số lượng cho một loạt ép có thể lên tới hàng trăm sản phẩm

Trong khuôn nhiều khoang tạo hình, dòng nhựa dẻo sau khi đi qua bạc cuống phun sẽ phân nhánh chảy vào các khoang tạo hình Tốc độ dòng chảy trong mỗi nhánh tùy thuộc vào độ chênh áp giữa bạc cuống phun và mặt trước dòng chảy trong nhánh, độ chênh áp khác nhau tốc độ dòng chảy khác nhau Những dòng chảy trong nhánh rẽ hợp thành bài toán đa dòng Phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà qúa trình điền đầy giữa các khoang tạo hình là như nhau hoặc không như nhau Qúa trình điền đầy giữa các khoang tạo hình không giống nhau tạo ra chất lượng sản phẩm trên loạt ép là không như nhau, gây nên hiện tương không đồng nhất vật liệu giữa các khoang tạo hình

Giả sử rằng, việc phân bố nhiệt độ trong mỗi khoang tạo hình là như nhau thì yếu tố còn lại quyết định đến tính chất dòng chảy trong khuôn là hệ thống kênh dẫn Nghĩa là, người thiết kế khuôn phải bố trí và thiết kế kích thước kênh nhựa sao cho dòng nhựa chảy từ bạc cuống phun vào điền đầy các khoang tạo hình có tính chất như nhau

1.2 Quá trình điền đầy sản phẩm

Điền đầy nhựa chảy dẻo trong khoang tạo hình là quá trình tương đối phức tạp Để điều khiển tốt qui trình ép phun, chúng ta cần hiểu rõ diễn biến của quá trình điền đầy khoang tạo hình Do dòng nhựa dẻo là dòng lưu biến nên để kiểm soát quá trình điền đầy, người ta chia quá trình này làm 3 pha riêng biệt: pha điền đầy sơ bộ, pha điều áp và pha điền đầy hoàn chỉnh Ở pha điền đầy sơ bộ, người ta xét dòng chảy ở trạng thái dòng Niutơn, 2 pha còn lại ở trạng thái phi Niutơn

Quá trình được diễn tả cụ thể như sau:

1.2.1 Pha điền đầy sơ bộ (Primary filling phase)

Khi trục vít tiến về phía trước với một tốc độ ổn định, nhựa chảy dẻo bắt đầu chảy vào khuôn Pha này kết thúc khi áp suất(hoặc lưu lượng) đạt đến giá trị cài đặt

Nhựa chảy dẻo được ép vào khuôn, lớp nhựa tiếp xúc với bề mặt khoang tạo hình được làm nguội sẽ đông đặc trong khi những lớp nhựa tiếp theo vẫn tiếp tục di chuyển về phía trước Ban đầu, lớp nhựa đông đặc mỏng, quá trình trao đổi nhiệt diễn

ra nhanh chóng Sau một khoảng thời gian, lớp nhựa đông đặc sẽ dày lên

Quá trình điền đầy khoang tạo hình bằng cách đông đặc từng lớp nhựa tạo nên hệ quả trên tiết diện mặt cắt sản phẩm như sau:

1 Thời gian đông đặc các lớp là không như nhau

2 Giữa các lớp xuất hiện hiện tượng trượt gây ra ứng suất cắt, tạo nên nhiệt cắt (nhiệt ma sát)

3 Trên lớp nhựa đông đặc trước, ứng suất cắt sinh ra sẽ lớn hơn ở các lớp đông đặc sau Vì vậy mức độ định hướng các phân tử sẽ lớn hơn và gây ra hiện tượng không đồng nhất vật liệu

4 Tốc độ lớp ngoài cùng nhỏ nhất (bằng 0), tốc độ này tăng dần, đạt giá trị lớn nhất tại tâm dòng nhựa dẻo

Kết thúc pha này, 75% vật liệu cần ép được phun vào khoang tạo hình

1.2.2 Pha điều áp (Pressurization phase)

Ở pha này, áp suất trong khoang tạo hình tăng lên rất cao, trục vít vẫn tiếp tục tiến về phía trước, nhưng với tốc độ chậm lại

Trong pha này có khoảng 15% vật liệu cần ép được tiếp tục điền đầy vào khoang tạo hình Kết thúc pha này hướng và mật độ các phân tử nhựa dẻo được định

hình và ổn định Điều khiển pha này là thông số áp suất

1.2.3 Pha điền đầy hoàn chỉnh (Compensating phase)

Trong pha này, trục vít sẽ đi hết hành trình còn lại, tốc độ chậm hơn so với pha điều áp Khoảng 10% vật liệu còn lại tiếp tục được điền đầy để bù lại lượng vật liệu

bị co rút

Trường hợp lý tưởng, khi pha điền đầy hoàn chỉnh kết thúc, miệng phun được đông đặc Ở đây chúng ta có hai kết luận sau:

1 Dòng chảy vật liệu trong pha này thường không ổn định

2 Ở pha này, nếu ứng suất dư xuất hiện, sản phẩm sau khi được lấy ra sẽ bị cong vênh

Điều khiển pha này là thông số áp suất

Hình 1.2 Vị trí trục vít tương ứng với các pha trong quá trình ép phun

1.3 Điều kiện cân bằng dòng chảy trong khuôn nhiều sản phẩm

Dòng chảy trong khuôn được gọi cân bằng khi chúng điền đầy các khoang tạo

hình trong cùng thời gian và áp suất

Cân bằng dòng chảy trong khuôn sẽ giúp cho nhà sản xuất giải quyết vấn đề dồn nén khí, tính không đồng nhất và đẳng hướng của vật liệu…, làm cho độ co rút, ứng suất nội giảm và ít gây ra cong vênh Khi đó chất lượng của tất cả các sản phẩm trong loạt ép là như nhau Đây là mục đích cần đạt được trong sản xuất

Mục đích phần này là giải thích chi tiết về thời gian điền đầy và áp suất ép phun,

từ đó đưa ra điều kiện cân bằng dòng chảy trong khuôn nhiều sản phẩm

1.3.1 Thời gian điền đầy

Thời gian điền đầy trong khoang tạo hình được tính từ lúc dòng nhựa dẻo chảy từ vòi phun qua bạc cuống phun, kênh nhựa, miệng phun, đi vào khoang tạo hình cho đến khi kết thúc pha điền đầy sơ bộ Như vậy để dòng chảy trong khuôn nhiều sản phẩm cân bằng thì thời gian điền đầy các khoang tạo hình phải như nhau

Hình 1.3 Đáp ứng thời gian điền đầy trong khuôn

Ở đây chúng ta cũng cần nói đến khái niệm cân bằng trong mỗi khoang tạo hình Khoang tạo hình cân bằng khi tất cả các dòng chảy từ miệng phun cho đến các điểm cực tại lớp biên (thành khuôn) có thời gian là như nhau Do vậy trong khoang tạo hình có bao nhiêu dòng chảy thì thời gian cho mỗi dòng chảy yêu cầu phải bằng nhau

Hình 1.4 Dòng chảy nhựa dẻo cân bằng trong khoang tạo hình

Chỉ tiêu thời gian đánh giá dòng chảy cân bằng trong khuôn:

Gọi: tCi là thời gian yêu cầu điền đầy khoang tạo hình thứ i

TM là thời gian yêu cầu điền đầy trong khuôn (thời gian ép của máy)

Khi đó chỉ tiêu đánh giá dòng chảy cân bằng trong khuôn FBI(Flow Balancing Index) được tính như sau:

%100

Trường hợp dòng chảy cân bằng lý tưởng, FBI = 100%

Thông thường chỉ số này chỉ đạt giá trị trong khoảng 80% đến 97%

1.3.2 Aùp suất ép phun

Aùp suất ép phun là áp suất cần thiết để ép vật liệu vào điền đầy khoang tạo hình Nếu khảo sát từng hướng dòng chảy, tại mặt trước của mỗi dòng cân bằng áp suất sẽ bằng nhau Khi đó tổng độ chênh áp trên từng nhánh kênh dẫn và từng khoang tạo hình là như nhau, tổng độ chênh áp này gọi là độ chênh áp trên dòng chảy Như

vậy, để dòng chảy trong từng nhánh kênh dẫn cân bằng thìø độ chênh áp trên từng

dòng chảy phải bằng nhau

Hình 1.5 Đáp ứng áp suất dòng nhựa dẻo

1.3.3 Điều kiện cân bằng

Điều kiện cân bằng dòng chảy trong khuôn nhiều sản phẩm là thời gian điền đầy trong từng khoang tạo hình và độ chênh áp trên từng dòng chảy phải bằng nhau

Áp suất cân bằng trong khoang tạo hình Áp suất không cân bằng trong khoang tạo hình

Kết luận

Ép phun là quá trình công nghệ rất phức tạp, trong đó trạng thái dòng nhựa dẻo thay đổi tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ, áp suất, tốc độ…Tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể mà dòng nhựa dẻo được xem là dòng chất lỏng Niutơn hay phi Niutơn

Do dòng nhựa dẻo là dòng lưu biến nên để kiểm soát quá trình điền đầy, người

ta chia quá trình này làm 3 pha riêng biệt Ở pha điền đầy sơ bộ, người ta xét dòng

chảy ở trạng thái dòng Niutơn, 2 pha còn lại ở trạng thái phi Niutơn

Trong khuôn nhiều sản phẩm bố trí bất đối xứng, dòng chảy không được cân bằng tự nhiên Nghĩa là thời gian và áp suất điền đầy mỗi khoang tạo hình không như nhau, khi đó một số khoang tạo hình có thể đã được điền đầy trong khi một số khoang tạo hình khác quá trình điền đầy vẫn tiếp tục Kết quả là tính đồng nhất, đẳng hướng của vật liệu trong mỗi khoang tạo hình khác nhau, chất lượng sản phẩm trong loạt sản xuất không giống nhau Đây là kết quả không mong muốn của các nhà sản xuất Để giải quyết vấn đề này, chúng ta phải cân bằng dòng chảy trong khuôn Nguyên lý cân bằng dòng chảy là làm sao đảm bảo thời gian và áp suất điền đầy trong mỗi khoang tạo hình là như nhau

Trong các chương tiếp theo chúng ta sẽ nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện cân bằng dòng chảy, các phương trình phân tích dòng chảy trong khuôn cũng như phương pháp giải quyết vấn đề cân bằng dòng chảy trong khuôn

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG DÒNG CHẢY

2.1 Hình học sản phẩm

2.2 Vật liệu nhựa

2.3 Chế độ công nghệ

2.4 Kết cấu khuôn

Trong cơng nghệ ép phun, chất lượng sản phẩm nhựa phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Vật liệu, hình học sản phẩm, khuơn và chế độ cơng nghệ ép phun Chất lượng sản phẩm nhựa tối ưu khi sự tương tác giữa các yếu tố trên hiệu quả nhất Chỉ tiêu đo lường kết quả của sự tương tác là dịng chaỶy nhỬỷa trong khuoún cân bằng Ở đây chúng ta thử tìm hiểu xem, những yếu tố này ảnh hưởng đến

sự cân bằng dòng chảy như thế nào

Hình 2.1

2.1 Hình học sản phẩm

Hình học sản phẩm quyết định khả năng công nghệ và độ phức tạp của khuôn,

chúng ta có thể chia làm 2 loại sau:

2.1.1 Độ dày sản phẩm (t SP )

Đây là thông số ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy (uC) trong khoang tạo hình, sự cân bằng dòng chảy trong khoang tạo hình tùy thuộc vào sự thay đổi độ dày sản phẩm

(t sp ) cũng như lưu lượng dòng chảy sao cho (uC) không đổi, (tSP) được xem như chỉ số đánh giá mức độ cân bằng Tuy nhiên tùy thuộc vào vị trí miệng phun mà nhà thiết kế sản phẩm có những thay đổi cục bộ về độ dày sản phẩm để đảm bảo dòng chảy trong khoang tạo hình cân bằng

Hình 2.2 Thay đổi cục bộ độ dày sản phẩm

Vật liệu nhựa

Hình học sản phẩm

Khuôn ép

Chế độ Công nghệ CÂN BẰNG DÒNG CHẢY

2.1.2 Hình học sản phẩm (h)

Hình học sản phẩm phức tạp, quá trình cân bằng dòng chảy trong khoang tạo hình phức tạp và ngược lại

Gọi: A là tiết diện mặt cắt, q lưu lượng dòng chảy trong khuôn

2 Cân bằng dòng chảy trong khoang tạo hình là cân bằng miệng phun, tốc độ

dòng chảy(khi đó số lượng, vị trí miệng phun hợp lý sẽ được xác định)

2.2 Vật liệu nhựa

Nhựa dẻo là loại vật liệu lưu biến, nghĩa là nó bao hàm tính chất của chất lỏng Niutơn, tính dẻo giả và tính đàn hồi

Để hiểu được ý nghĩa của các thông số trong bài toán cân bằng, ta phải tìm hiểu các thuộc tính vật liệu nhựa dẻo như: thuộc tính lưu biến, thuộc tính cơ học, thuộc tính

nhiệt Cả ba thuộc tính này thể hiện qua 3 tính chất sau:

2.2.1 Nhựa dẻo là chất lỏng nén được

Độ nén của nhựa dẻo tùy thuộc vào áp suất nén trong khoang tạo hình

Dòng chảy trong khoang tạo hình cân bằng khi độ nén nhựa dẻo đồng nhất Trong khuôn, để chất lượng sản phẩm trên tất cả các khoang tạo hình như nhau,

yêu cầu áp suất nén phải bằng nhau

2.2.2 Nhựa dẻo khi đông đặc sẽ bị co rút

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tính chất này như:

- Aùp suất nén trong khoang tạo hình càng cao, độ co rút nhựa dẻo sẽ giảm khi đông đặc

- Tốc độ làm nguội càng nhanh, độ co rút càng giảm

- Hướng dòng chảy nhựa dẻo trong khoang tạo hình ảnh hưởng rất lớn đến độ

co rút

- Dòng chảy vật liệu nhựa trong khuôn đẳng hướng sẽ ít gây ra hiện tượng co rút

2.2.3 Độ nhớt nhựa dẻo tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất, tốc độ cắt

Thuộc tính này thể hiện rõ qua tính nhớt khi vật liệu chảy dẻo Đại lượng đo lường tính nhớt là độ nhớt

Độ nhớt của nhựa dẻo là hàm của: tốc độ cắt, nhiệt độ và áp suất Có nhiều mô hình toán thể hiện quan hệ trên, trong đó mô hình Cross-exp hiện tại được ưa dùng

* 0 0

1

, ,

,

τ

γη

ηγ

1

T T A

e D P T

η

Trong đó: τ*: ứng suất cắt, xuất hiện khi dòng chảy chuyển từ trạng thái dòng

chảy Niutơn sang dòng chảy lưu biến

n: chỉ số đậm đặc của vật liệu, n = 1, công thức (2.1) trở về công thức tính độ nhớt cho chất lỏng Niutơn 1-n: thể hiện độ dốc của đường cong cắt lớp

γ hay ( )η và ( )γ như sau:( Xem chi tiết ở phụ lục I, II )

Bảng 2.1 Chỉ số khối lượng dòng chảy MFI

Hình 2.3 Quan hệ độ nhớt & tốc độ cắt thông qua MFI

Tables of Mass Flow Index

22FA002

0.15 0.20 0.25

175 190 205 Indothene

24MA040

3.0 4.0 5.0

175

190

205 Indothene

26MA200

15.0 20.0 25.0

175

190

205 Indothene

26MA200

15.0 20.0 25.0

0.35 0.45 0.57

175

190

205 Hostalen

GD6260

2.3 3.0 3.7

175

190

205 Marlex

EHM606

0.54 0.64 0.75 0.88 1.0 1.2

2.4 2.9 4.4

175

190

205

Amoco 10-1046

3.7 6.3 10.0

200

230

250 Amoco

10-6016

3.9 6.5 10.3

15.4 47.7 121.0

210

230

250 Amoco

40

1.12 4.9 19.6

220

240

260 Plexiglass

Acrylic

Implex A

0.007 0.036 0.16

Hình 2.4 Quan hệ độ nhớt & tốc độ cắt theo nhiệt độ của nhựa HDPE

Nhận xét:

1 Mỗi loại vật liệu nhựa có một chế độ công nghệ và giới hạn kích thước kênh dẫn nhất định ( nhà sản xuất cung cấp )

2 Cân bằng dòng chảy khi xét đến vật liệu, ta phải quan tâm điều kiện công

nghệ ép phun

2.3 Chế độ công nghệ

Các thông số chế độ công nghệ trong quá trình ép phun có thể chia làm 5 loại theo bảng sau: chúng là tập hợp các mối quan hệ có tác động, ảnh hưởng qua lại lẫn nhau

Bảng 2.2 Thông số công nghệ

1 Ép Định hình Lói sản phẩm Chảy dẻo Vùng đệm vật

liệu

2 Trục vít Phun ép Đóng khuôn Khuôn Hành trình trục vít

3 Đóng khuôn Áp suất hồi

thuỷ lực Mở khuôn Nòng trục vít Mở khuôn

4 Mở khuôn Lói sản phẩm Làm nguội Sản phẩm Thay đổi chặn

hành trình

5 Hồi trục vít An toàn

khuôn Chu kỳ Vật liệu Giảm nén

6 Lói sản

phẩm Vòi phun Hồi trục vít Môi trường

Việc điều khiển các thông số cho quá trình ép phun rất phức tạp Nó đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm và kiến thức sâu về vật liệu, khuôn và máy

Ở đây người ta chia các thông số trên làm hai loại là thông số có thể điều khiển được và các thông số logic (nghĩa là bản thân các thông số này sẽ thay đổi khi các

thông số điều khiển thay đổi)

2.3.1 Tốc độ

2.3.1.1 Tốc độ đóng, mở khuôn

Đây là thông số điều khiển được

Việc thiết lập tốc độ đóng, mở khuôn sẽ liên quan đến thời gian chu kỳ của quá trình Thông thường tùy thuộc vào thời gian điền đầy khoang tạo hình và khoảng

mở, đóng khuôn ta sẽ xác định được giá trị phù hợp

2.3.1.2 Tốc độ ép

Đây là thông số điều khiển được

Tốc độ ép là tốc độ của nhựa dẻo được ép vào khoang tạo hình ở giai đoạn điền đầy Giá trị này được điều khiển phù hợp với các đặc tính vật liệu, khuôn, máy

Cần chú ý phân biệt khái niệm tốc độ ép của máy và tốc độ điền đầy trong khoang tạo hình (uc) Tốc độ (uc) này yêu cầu phải ổn định, trường hợp lý tưởng là

hằng số, vì nó ảnh hưởng đến quá trình cân bằng dòng chảy trong khoang tạo hình

2.3.1.3 Tốc độ quay của trục vít

Đây là thông số điều khiển được

Khi trục vít quay, nhiệt ma sát sẽ tăng lên, làm cho nhựa bị chảy dẻo Tốc độ

quay tỉ lệ thuận với nhiệt ma sát

2.3.1.4 Tốc độ hồi trục vít

Đây là thông số điều khiển được

Sau khi nhựa hoàn toàn được chảy dẻo, thì tốc độ trục vít sẽ thay đổi và đạt đến giá trị xác định Lúc này nhiệm vụ của trục vít là duy trì một áp lực nhằm chống lại áp suất hồi về của trục vít

2.3.1.5 Tốc độ lói sản phẩm

Đây là thông số điều khiển được

Thông thường, tốc độ lói sản phẩm bằng tốc độ mở khuôn

2.3.2 Aùp suất

2.3.2.1 Aùp suất ép

Đây là thông số logic

Việc điều khiển chế độ công nghệ để đạt được áp suất ép chính xác là rất quan trọng, bởi vì áp suất ép sẽ duy trì tốc độ điền đầy khuôn

Aùp suất ép là hàm của nhiều thông số như độ nhớt vật liệu, độ dày sản phẩm, chiều dài và lưu lượng dòng chảy

Đồ thị 2.1

2.3.2.2 Aùp suất định hình

Hình 2.5 Độ biến thiên áp suất trong khuôn

Đây là thông số logic Ngày nay do tiến bộ khoa học, các máy ép thế hệ mới cho phép chúng ta điều khiển được thông số này

Aùp suất định hình là áp suất được duy trì sau khi khoang tạo hình được điền đầy, áp suất này có nhiệm vụ nén dòng nhựa dẻo vào khoang tạo hình và định hình vật liệu (thớ vật liệu) để đạt được kích thước và chất lượng mong muốn

Nếu xác lập giá trị áp suất định hình thấp, giảm ứng suất nội, độ co rút lớn, kích thước sản phẩm khó đảm bảo

Nếu xác lập giá trị áp suất định hình lớn, tăng ứng suất nội, gây nên hiện tượng cong vênh

Phần mềm Moldflow là công cụ CAE giúp chúng ta xác định giá trị này hợp

lý

2.3.2.3 Aùp suất hồi trục vít

Đây là thông số điều khiển được

Khi trục vít quay, nhựa dẻo được đẩy về phía trước qua van một chiều gắn phía đầu trục vít Lúc này xuất hiện một áp lực bên trong nhựa dẻo sẽ tác động ngược lại trục vít và di chuyển theo hướng ngược lại Aùp lực này gọi là áp suất hồi trục vít, xuất hiện sau áp suất định hình

Aùp suất hồi trục vít ảnh hưởng đến nhiệt độ và tính đồng nhất của vật liệu Việc xác định giá trị áp suất này tùy thuộc vào vật liệu, tốc độ quay trục vít, thể tích ép của máy, thông thường giá trị này nằm trong khoảng 5 ÷10 Mpa

Giá trị áp suất hồi trục vít thấp ứng với thể tích ép của máy nhỏ

Giá trị áp suất hồi trục vít tăng lên sẽ giảm thời gian chảy dẻo vật liệu, nhiệt

ma sát vật liệu tăng

Chọn giá trị hồi trục vít lớn khi thể tích ép của máy lớn và ngược lại

2.3.3 Thời gian

2.3.3.1 Thời gian ép phun

Đây là thông số logic

Là khoảng thời gian khi trục vít bắt đầu di chuyển về phía trước cho đến khi dừng lại(lúc này trục vít chuẩn bị lùi về cho hành trình ép phun mới) Thể tích vật liệu phun vào khuôn lúc này chiếm 75% tổng thể tích cần ép

Tùy thuộc vào tốc độ ép, độ nhớt, kích thước khoang tạo hình, miệng phun , mà ta xác định được thời gian đầu trục vít đi từ vị trí bắt đầu phun cho đến vị trí kết thúc quá trình phun

2.3.3.2 Thời gian định hình

Đây là thông số điều khiển được

Là khoảng thời gian cần thiết để áp suất định hình tác động lên nhựa dẻo được ép vào trong khuôn Thời gian này bao gồm thời gian giữ áp và thời gian kết tinh

Trong khoảng thời gian này, trục vít vẫn tiếp tục di chuyển về phía trước với tốc độ theo xu hướng giảm dần Khi thời gian này kết thúc, tốc độ ép của trục vít= 0

Nếu thời gian này ngắn, nhựa dẻo bù vào sẽ không đủ, gây ra hiện tượng co rút lớn Nếu thời gian này dài, làm cho chu kỳ ép phun tăng lên

Thông thường thời định hình bằng (6 ÷10) lần thời gian điền đầy sơ bộ

2.3.3.3 Thời gian làm nguội

Đây là thông số điều khiển được

Là thời gian nhựa dẻo trong khuôn được làm nguội đến một nhiệt độ cho phép để có thể đẩy sản phẩm ra mà không bị hư hỏng

Thời gian này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ dày, hình dáng, vật liệu của sản phẩm

Thời gian này bao gồm thời gian giữ áp và thời gian làm nguội giai đoạn cuối cùng

2.3.3.4 Thời gian đẩy sản phẩm

Đây là thông số điều khiển được

Là thời gian khuôn mở ra, đẩy sản phẩm ra ngoài và đóng khuôn lại

Thông thường thời gian này chiếm (2 ÷5) giây

2.3.3.5 Thời gian chu kỳ ép phun

Đây là thông số logic Là tổng thời gian điền đầy, làm nguội và lấy sản phẩm

Hình 2.6 Phân bố thời gian

2.3.4 Nhiệt độ

2.3.4.1 Nhiệt độ chảy dẻo vật liệu

Đây là biến logic

Là nhiệt độ cần thiết cho hạt nhựa chảy dẻo thành dòng chất lỏng để ép vào khuôn

Nhiệt độ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tốc độ trục vít, áp suất hồi, nhiệt độ, nòng trục vít, nhiệt độ tại cuống phễu chứa nhựa, thời gian chu kỳ ép phun

Việc xác lập nhiệt độ này rất quan trọng Nếu nhiệt độ chảy dẻo thấp, quá trình chảy dẻo sẽ không hoàn tất, gây ra hiện tượng “nhựa sống” và dính Nếu nhiệt độ quá cao sẽ gây ra hiện tượng thoái hóa nhựa

Thông thường, nhiệt độ này do nhà cung cấp nhựa quy định

2.3.4.2 Nhiệt độ khuôn

Đây là thông số logic

Là nhiệt độ được xác lập ở cuối giai đoạn làm nguội trong khuôn trước khi mở khuôn

Nhiệt độ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ nhựa chảy dẻo, thời gian làm nguội, tốc độ làm nguội

Nếu nhiệt độ quá cao, sản phẩm đẩy ra ngoài sẽ bị cong vênh, thậm chí bị hư hỏng

Nếu nhiệt độ quá thấp, thì thời gian chu kỳ ép sẽ tăng lên

Thông thường, nhiệt độ này do nhà cung cấp nhựa quy định

2.3.4.3 Nhiệt độ nòng trục vít

Đây là thông số điều khiển được

Nhiệt độ này là nguồn năng lượng chính cung cấp cho nhiệt độ chảy dẻo của

nhựa

2.3.4.4 Nhiệt độ nước làm nguội

Đây là thông số điều khiển được

Tuy nhiên, cân bằng nhiệt độ trong khoang tạo hình là bài toán phức tạp, việc giải quyết bài toán yêu cầu phải có cơ sở lý thuyết cũng như kinh nghiệm thực tế

Bảng 2.3 Điều kiện công nghệ

max

(1/s)

ABS 200 - 260 280 120 83 1.7x108 2.8x105 1.2x104 POM

(ACETAL) 177 - 216 240 150 96 1.2x108 4.5x105 4.0x104 HDPE 177 - 260 280 95 43 1.2x108 2.2x105 6.5x104 LDPE 149 - 232 280 65 27 1.2x108 1.1x105 4.0x104

PMMA 191 - 260 280 150 88 1.2x108 4.1x105 2.1x104 PET

(Polyester) 179 - 296 300 140 93 1.2x108 4.1x105 4.0x104

PP 177 - 288 300 120 49 1.4x108 2.6x105 2.4x104 PPE (PPO) 216 - 302 310 120 60 1.4x108 4.7x105 5.0x104 PPS 316 - 330 360 160 121 1.4x108 5.0x105 2.3x104

PS 204 - 263 280 120 60 1.4x108 2.4x105 4.0x104 PVC 154 - 210 220 90 38 2.0x108 2.0x105 3.2x104 SAN 227 - 260 280 120 38 1.4x108 3.3x105 3.8x104

2.3.5 Vị trí hành trình

Là vị trí mà tại đó thông số công nghệ được xác lập

2.3.5.1 Thể tích vùng đệm của trục vít

Vùng đệm được tạo ra tùy thuộc vào vị trí trục vít và vòi phun của nòng trục vít Sau khi kết thúc giai đoạn điền đầy, chiều dài vùng đệm được thiết lập tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: áp suất ép, tốc độ ép, nhiệt độ nhựa chảy dẻo, áp suất và thời

gian định hình

2.3.5.2 Hành trình trục vít

Đây là thông số điều khiển được

Là khoảng cách mà trục vít sẽ di chuyển trong chu kỳ ép phun Hành trình trục vít thông thường chia làm các chặn sau:

1 Vận chuyển nhựa dẻo

2 Nén vật liệu

3 Điền đầy

4 Giữ áp

Hình 2.7 Vị trí trục vít quá trình ép phun

Ở mỗi chặn của hành trình, trục vít có thể di chuyển liên tục hoặc gián đoạn tùy thuộc vào sự xác lập chế độ công nghệ của máy

Việc xác lập vị trí của các chặn hành trình của trục vít là rất quan trọng Tùy thuộc vào vật liệu, thể tích khoang tạo hình, tốc độ trục vít mà ta điều chỉnh hành trình trục vít phù hợp

Trong 4 chặn hành trình, có 2 chặn quan trọng nhất là chặn điền đầy và giữ áp Việc điều khiển 2 chặn này thường được điều khiển bằng 1 trong 3 phương pháp sau:

1 Điều khiển thông qua áp suất

2 Điều khiển thông qua thời gian

3 Điều khiển thông qua khoảng cách

Trong đó phương pháp 3 là phổ biến hơn cả Nhưng ở những máy ép ở thế hệ

mới sau này thì phương pháp 1 được sử dụng phổ biến

Aùp suất trục vít

Vị trí chuyển pha Aùp suất

Nhiệt độ Thể tích

Độ nhớt Aùp suất Lưu lượng

Độ nhớt Aùp suất Lưu lượng

Nhiệt độ Ứng suất Biến dạng

Tốc độ ép lớn nhất của máy

Aùp suất ép lớn nhất của máy

Aùp suất định hình

Thời gian định hình

Thời gian làm nguội

Nhiệt độ làm nguội

Khoảng lói sản phẩm

Tốc độ lói

Tốc độ mặt trước dòng chảy Lớp nhựa đông đặc sinh ra

Lớp nhựa đông đặc sinh ra Lực kẹp

Lớp nhựa đông đặc sinh ra Chu kỳ thời gian

Co rút Môi trường Chất lượng nhựa chảy dẻo

Thời gian chảy dẻo

2.3.6 Lưu lượng dòng nhựa dẻo trong trục vít

Hình 2.8 Phần tử vi phân nhựa dẻo trong trục vít

Để điều khiển được quá trình ép phun, nhất thiết phải hiểu được trạng thái dòng nhựa trong trục vít máy ép; mối quan hệ giữa lưu lượng dòng nhựa dẻo trong trục vít và các thông số công nghệ

Phần này luận văn đi khảo sát trạng thái dòng nhựa trong trục vít và xây dựng phương trình xác định lưu lượng dòng nhựa trong trục vít

Khi trục vít quay, trạng thái hạt nhựa lần lượt xuất hiện 2 hiện tượng:

1 Hạt nhựa dính vào trục vít và quay theo trục vít

2 Hạt nhựa cản trở sự quay của trục vít và bị cắt nhỏ

Ở đây cần lưu ý, “dính” là hiện tượng không mong muốn, vì lẽ đó cần điều chỉnh nhiệt độ tại vùng gần phễu chứa nhựa hợp lý để tránh hiện tượng này

Trong trục vít dòng chảy được phân làm 2 loại:

1 Dòng đẩy: được tạo nên từ tốc độ quay của trục vít so với sự đứng yên của nòng trục vít, dòng nhựa này có các tính chất của dòng chảy trong khe hẹp giữa 1 tấm cố định (nòng trục vít) và tấm di động (trục vít)

2 Dòng ngược: được tạo nên từ độ chênh áp trong nòng trục vít, khi trục vít chuyển động trong nòng phun, áp suất tại đầu trục vít sẽ tăng lên làm cho một phần nhựa dẻo có xu hướng chảy ngược chiều tiến của trục vít Dòng này càng tăng khi độ chênh áp càng lớn

Xét phần tử vi phân dòng nhựa ABCD như hình 2.9

Hình 2.9

Gọi: dQd là vi phân lưu lượng do trục vít tạo nên

V là gradient tốc độ

Ở đây:

c d

d

y V

Từ (2.2) và (2.3), ta được:

dy dx d

y V dQ

d

d y dx dy Q W d V

d

V Q

Nên: Q d = ⋅π2 ⋅D2 ⋅N⋅d c⋅Sinϕ⋅Cosϕ

=

dy dx P

dz dx d

Chiếu hệ lực lên phương chuyển động, ta được:

3 2

F = + (2.13) Từ (2.10), (2.11), (2.12), (2.13), ta được:

dy dx d dy dx P dy dx dz z

0

2

1

d dy z P

y

dV z

c

dy y z

P dV

2 0

1 y2 d c2z

P V

η (2.16) Gọi dQ b: là vi phân lưu lượng tạo nên do độ chênh áp ngược

dy dx V

b V dx dy Q

0 2

(2.18) Từ (2.16),(2.18) :

dy d y z

P dx

dc dc

P W

Q

dc dc

c c

8 2

b W y d y

z

P Q

2 2

2

3

8 6

7

c c b

d d W z

P Q

η

b

d z

dz

dL Sinϕ =

dL

dP dz

dP z

π

dP d Sin D

12 1

Hay:

dL

dP d Sin D

Q b = ⋅ ⋅ ⋅ 2 ⋅ c3 ⋅ 12

η (2.22) Công thức (2.22) cho ta thấy lưu lượng dòng nhựa dẻo chảy ngược trong trục vít là

D f

Cos d N D

ϕϕπ

12 2

Gọi: dP= ΔP: độ chênh áp giữa hai đầu trục vít

L: chiều dài trục vít