ĐỀ tài NCKH nghiên cứu thực nghiệm sấy ớt bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời tại tỉnh vĩnh long

Thông tin chung: - Tên đề tài: Ứng dụng các kỹ thuật tối ưu xác định các thông số xử lý trong công nghệ ép phun sản phẩm composite để giảm co rút - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư ph

THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NCKH CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT TỐI ƯU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ XỬ LÝ TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN SẢN PHẨM COMPOSITE ĐỂ GIẢM CO RÚT

MÃ SỐ: T2020-58TĐ

SKC007281

THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM 2020

ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT TỐI ƯU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ XỬ LÝ TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN SẢN

PHẨM COMPOSITE ĐỂ GIẢM CO RÚT

Mã số: T2020-58TĐ

Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Minh Tài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ

CHẾ TẠO MÁY

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM 2020

ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT TỐI ƯU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ XỬ LÝ TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN SẢN PHẨM COMPOSITE ĐỂ

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ

Khoa Cơ khí Chế tạo

máy – ĐH Sư phạm Kỹ

thuật TP HCM

Uyên

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

123456789101112131415

1617

MỤC LỤC

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ

PHỐI HỢP CHÍNH

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC ĐỒ THỊ

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

Chương 1 Mở đầu

1.1 Giới thiệu các công trình nghiên cứu liên quan

1.1.1Các công trình nghiên cứu ngoài nước

1.1.2Các công trình nghiên cứu trong nước

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

1.3 Mục tiêu đề tài

1.4 Phương pháp

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.6Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

2.1 Vật liệu nhựa

2.1.1Định nghĩa

2.1.2Thành phần

2.1.3Một số loại nhựa thường dùng

2.2 Công nghệ ép phun [27]

2.2.1Định nghĩa

2.2.2Nhu cầu và hiệu quả kinh tế

2.2.3Khả năng công nghệ

2.3.1Định Nghĩa

2.3.2Phân loại co ngót

2.3.3Các yếu tố ảnh hưởng đến độ co ngót

2.3.4Cách xác định mức độ co ngót

2.4 Khái niệm về điều khiển nhiệt độ khuôn trong quá trình phun ép

2.4.1Phân loại các phương pháp gia nhiệt

2.5 Taguchi, ANOVA, Neural network

2.5.1Taguchi

2.5.2ANOVA

2.5.3Mạng nơ ron nhân tạo và thuật toán lan truyền ngược

Chương 3 Xây dựng mô hình thực nghiệm

3.1 Thiết kế, mô phỏng dòng chảy sản phẩm (phần mềm Moldex3D)

3.1.1Thiết kế thông số ép cho sản phẩm

3.1.2Mô phỏng và kiểm tra khả năng điền đầy từ các thông số đã thiết kế 40 3.2 Tiến hành thực nghiệm chế tạo sản phẩm

3.2.1Chuẩn bị

3.2.2Cách thức tiến hành thực nghiệm

3.3 Đo và thống kê kết quả thí nghiệm

3.4 Khảo sát quá trình gia nhiệt lòng khuôn

3.4.1Thiết kế sản phẩm micro

3.4.2Thiết kế tấm gia nhiệt để thí nghiệm

3.4.3Gia công tấm khuôn cái

3.4.4Gia công tấm khuôn đực

3.4.5Kết quả phân tích nhiệt độ

3.5 Tối ưu hoá các thông số thiết kế công nghệ ép phun bằng Taguchi, ANOVA và ANN

3.5.1 Tối ưu hóa thông số thiết kế bằng Taguchi và ANOVA trên Minitab 18 65

3.5.2 Dự đoán độ co ngót bằng mạng nơ ron trên Matlab R18

Chương 4 Kết quả và thảo luận

4.1 Kết quả phân tích Taguchi

4.1.1 Vật liệu PP/15%GF

4.1.2 Vật liệu PA6/15%GF

4.1.3 Vật liệu ABS/15%GF

4.2 Kết quả phân tích ANOVA

4.2.1 Vật liệu PP/15%GF

4.2.2 Vật liệu PA6/15%GF

4.2.3 Vật liệu ABS/15%GF

4.3 Kết quả dự đoán co ngót của vật liệu PP bằng mạng nơ ron

Chương 5 Kết luận và hướng phát triển

5.1 Kết luận

5.2 Khả năng mở rộng của đề tài

Tài liệu tham khảo

PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 : Bảng Array Selector [18] 25

Bảng 2 2: Bảng đánh giá mức độ tương quan 27

Bảng 3 1: Bảng thông số đầu vào của vật liệu PP/15%GF 38

Bảng 3 2: Bảng thông số đầu vào của vật liệu PA6/15%GF 38

Bảng 3 3: Bảng thông số đầu vào của vật liệu ABS/15%GF 39

Bảng 3 4: Bảng trực giao L27 OA 39

Bảng 3 5: Bảng thống kê kết quả đo của vật liệu PP/15%GF 48

Bảng 3 6 : Bảng thống kê kết quả đo của vật liệu PA6/15%GF 49

Bảng 3 7 : Bảng thống kê kết quả đo của vật liệu ABS15%GF 50

Bảng 3 8: Kết quả đo bằng cảm biến nhiệt độ thực tế 56

Bảng 3 9: Kết quả đo bằng mô phỏng COMSOL 57

Bảng 3 10: Bảng các mức phân mức gia nhiệt đối với từng loại nhựa 60

Bảng 3 11: Bảng phân chia trường hợp thí nghiệm và mô phỏng sản phẩm Micro 61

Bảng 3 12: Kết quả dòng chảy nhựa giữa thí nghiệm và mô phỏng sản phẩm micro 61

Bảng 4 1 : Bảng giá trị co ngót và tỷ lệ S/N của vật liệu PP/15%GF 71

Bảng 4 2 : Bảng kết quả tỷ lệ S/N của vật liệu PP/15%GF 72

Bảng 4 3 : Bảng giá trị co ngót thực nghiệm và dự đoán của vật liệu PP/15%GF 73

Bảng 4 4 : Bảng giá trị co ngót và tỷ lệ S/N của vật liệu PA6/15%GF 73

Bảng 4 5 : Bảng kết quả tỷ lệ S/N của vật liệu PA6/15%GF 74

Bảng 4 6 : Bảng giá trị co ngót thực nghiệm và co ngót dự đoán của vật liệu PA6/15%GF 76

Bảng 4 7 : Bảng giá trị co ngót và tỷ lệ S/N của vật liệu ABS/15%GF 76

Bảng 4 8 : Bảng kết quả tỷ lệ S/N của vật liệu ABS/15%GF 77

Bảng 4 9 : Bảng giá trị co ngót thực nghiệm và dự đoán của vật liệu ABS/15%GF 79

Bảng 4 10 : Bảng giá trị [F], [17] 79

Bảng 4 11 : Bảng kế quả ANOVA của vật liệu PP/15%GF 80

Bảng 4 12 : Bảng kết quả ANOVA của vật liệu PA6/15%GF 81

Bảng 4 13 : Bảng kết quả ANOVA của vật liệu ABS/15%GF 81

Bảng 4 14: Bảng 21 bộ thông số đầu vào của mạng nơ ron Error! Bookmark not defined Bảng 4 15 : Bảng 6 bộ thông số để kiểm tra khả năng dự đoán 83

Bảng 4 16 : Bảng kết quả co ngót của thực nghiệm và mạng nơ ron 85

Bảng 4 17 : Bảng so sánh kết quả của Taguchi và mạng nơ ron 86

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 : Hình ảnh ứng dụng của vật liệu PVC

Hình 2 2 : Hình ảnh ứng dụng của vật liệu nhựa PP

Hình 2 3 : Hình ảnh ứng dụng của vật liệu PS

Hình 2 4 : Hình ảnh ứng dụng của vật liệu nhựa PA

Hình 2 5 : Hình ảnh ứng dụng của vật liệu nhựa ABS

Hình 2 6 : Hình ảnh ứng dụng của vật liệu nhựa PE

Hình 2 7 : Hình ảnh các sản phẩm được làm bằng vật liệu nhựa

Hình 2 8 : Hình ảnh hạt nhựa được đưa vào trục vít

Hình 2 9 : Hình ảnh nhựa được phun vào lòng khuôn

Hình 2 10 : Hình ảnh lấy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn

Hình 2 21 : Hình ảnh thiết kế mảng trực giao trên minitab18

Hình 2 22 : Hình ảnh phần mềm minitab 18

Hình 2 23 : Hình ảnh mạng nơ ron thần kinh

Hình 2 24 : Hình ảnh cấu tạo của mạng nơ ron nhân tạo và mạng nơ ron tự nhiên

Hình 2 25 : Hình ảnh sơ đồ mạng nơ ron nhiều lớp

Hình 2 26 : Hình ảnh phần mềm Matlab R2018a

Hình 3 1 : Hình ảnh phần mềm Moldex3D

Hình 3 2 : Hình ảnh mô phỏng khả năng điền đầy của vật liệu PP/15%GF

Hình 3 3 : Hình ảnh mô phỏng khả năng điền đầy của vật liệu PA6/15%GF

Hình 3 4 : Hình ảnh mô phỏng khả năng điền đầy của vật liệu ABS/15%GF

Hình 3 5 : Hình ảnh hạt nhựa PP 1100N

Hình 3 6 : Hình ảnh hạt nhựa ABS 750SW

Hình 3 7: Hình ảnh hạt nhựa PA6 B30S

Hình 3 8 : Hình ảnh 3D của chi tiết

Hình 3 9 : Hình ảnh khuôn dùng để ép phun chi tiết

Hình 3 10 : Hình ảnh máy ép nhựa SHINE W120B

Hình 3 11 : Hình ảnh sản phẩm ép phun của vật liệu PP/15%GF

Hình 3 12 : Hình ảnh sản phẩm ép phun của vật liệu PA6/15%GF

Hình 3 13 : Hình ảnh sản phẩm ép phun của vật liệu ABS/15%GF

Hình 3 14 : Hình ảnh 6 điểm cần đo trên chi tiết

Hình 3 15 : Hình ảnh gá đặt để đo chiều dài của sản phẩm

Hình 3 16: Mẫu sản phẩm 1

Hình 3 17: Thiết kế tấm gia nhiệt

Hình 3 21: Kết quả nhiệt độ 55

Hình 3 22: Biểu đồ phân bố nhiệt độ 55

Hình 3 23: Kích thước mẫu thử 1 60

Hình 4 1 : Hình ảnh cấu trúc mạng nơ ron 78

Hình 4 2: Hình ảnh cấu trúc mạng nơ ron 84

Hình 4 3: Hình ảnh thể hiện giá trị R sau khi được đào tạo 84

Hình 4 4: Hình ảnh dữ liệu dùng để kiểm tra khả năng dự đoán của mạng nơ ron 85

Hình 4 5: Hình ảnh kết quả co ngót dự đoán bằng mạng nơ ron 85

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Đồ thị 4 1 : Ảnh hưởng của các tham số đến độ co ngót của vật liệu PP/15%GF

Đồ thị 4 2 : Ảnh hưởng của các tham số đến độ co ngót của vật liệu PA6/15%GF

Đồ thị 4 3 : Ảnh hưởng của các tham số đến độ co ngót của vật liệu ABS/15%GF

Đồ thị 4 4 : Kết quả co ngót thực nghiệm và dự đoán bằng mạng nơ ron

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Ứng dụng các kỹ thuật tối ưu xác định các thông số xử lý trong

công nghệ ép phun sản phẩm composite để giảm co rút

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

- Thời gian thực hiện: 1 năm

bị gia nhiệt khuôn phun ép nhựa và thiết bị gia nhiệt chứa cơ cấu này

4 Kết quả nghiên cứu:

Đề tài cơ bản đã hoàn tất và đáp ứng đầy đủ các hạng mục đã đăng ký

+ Phân tích, so sánh các giải thuật tối ưu để làm giảm co rút - Phân tích, đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ các loại chất độn đến độ co rút của vật liệu composite

-Về các hạng mục đăng ký:

+ 1 bài báo khoa học đang trên tạp chí nước ngoài (SCIE) xếp hạng Q1 (vượt chỉtiêu)

+ 1 giải pháp hữu ích đã chấp nhận đơn

5 Sản phẩm:

5.1 Sản phẩm khoa học:

Pham Son Minh and Minh-Tai Le, Improving the Melt Flow Length of AcrylonitrileButadiene Styrene in Thin-Wall Injection Molding by External Induction Heating withthe Assistance of a Rotation Device, Polymers, 13, 2288 https://

doi.org/10.3390/polym13142288

5.2 Sản phẩm đào tạo: không đăng ký

5.3 Sản phẩm ứng dụng:

- Mẫu ép nhựa đã được tối ưu hóa độ co rút và kiểm nghiệm

- Báo cáo thuyết minh

5.4 Sản phẩm khác: 1 bằng độc quyền giải pháp hữu ích

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Các thiết bị thực nghiệm và các giải thuật tối ưu hóa trong thiết kế phục vụ cho quátrình nghiên cứu về công nghệ ép phun sẽ được sử dụng cho quá trình giảng dạyHVCH và SV ngành Công nghệ kỹ thuật Cơ khí tại trường ĐH SPKT TP.HCM

-Các kết quả của đề tài sẽ được thảo luận với các công ty chuyên về gia công cơ khí đểchuyển giao các kết quả thu nhận được, từ đó, tìm hướng liên kết với các công ty trongquá trình nghiên cứu lâu dài về lĩnh vực gia công cơ khí

Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên) (ký, họ và tên)

Lê Minh Tài

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: Applying optimal techniques to determine processing parameters incomposite product injection molding technology to reduce shrinkage

Code number: T2020-58TĐ

Coordinator: Le Minh Tai

Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology andEducation

Duration: 1 year

2 Objective(s):

The topic is to provide optimal solutions for technological parameters in injectionmolding of plastic-based composite products, especially to reduce the shrinkageproblem of this product

3 Creativeness and innovativeness:

The topic has researched and applied modern optimization algorithms such as neuralnetworks and useful solutions in injection molding technology, which is the hot airdistribution mechanism in the plastic injection mold heating device and the injectionmolding machine and heating device that contains this structure

4 Research results:

The project has been completed basically and fully meets the registered

items - About content:

+ The topic has summarized, researched and evaluated the issues related to injectionmolding technology, composite materials and shrinkage properties of thermoplasticproducts

+ Experiment with manufacturing prototypes.

evaluate the influence of the ratio of filler types on the shrinkage of composite materials

-About the registered items:

+ 1 scientific article is being published in a international journal (SCIE) ranked in Q1 (beyond the target)

+ 1 useful solution accepted

+ Plastic injection test sample

5 Products:

- Publication:

+1 scientific article is being published in a foreign journal (SCIE) ranked in Q1

(beyond the target)

Pham Son Minh and Minh-Tai Le, Improving the Melt Flow Length of AcrylonitrileButadiene Styrene in Thin-Wall Injection Molding by External Induction Heating withthe Assistance of a Rotation Device, Polymers, 13, 2288 https://

doi.org/10.3390/polym13142288

+ 1 useful solution accepted

+ Plastic injection test sample

6 Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

-Experimental equipment and optimization algorithms in design for the researchprocess of injection molding technology will be used for the teaching process ofstudents of Mechanical Engineering Technology at the HCMC University ofTechnology and Education

- The results of the topic will be discussed with companies specializing in mechanicalprocessing to transfer the obtained results, thereby, finding a direction to link withcompanies in the long-term research process of mechanical engineering field.

Le Minh Tai

Chương 1 Mở đầu

1.1 Giới thiệu các công trình nghiên cứu liên quan

1.1.1 Các công trình nghiên cứu ngoài nước

Ép phun đại diện cho một trong những quy trình quan trọng nhất trong sản xuấthàng loạt các chi tiết bằng nhựa được chế tạo với hình học phức tạp Chất lượng củacác sản phẩm ép phun phụ thuộc vào đặc tính vật liệu, thiết kế khuôn và các điềukiện xử lý công nghệ [1,2] Những khuyết tật trong việc ổn định kích thước của cácchi tiết dẫn đến co rút và cong vênh Để giảm thiểu các khuyết tật như vậy trong épphun sản phẩm nhựa, thiết kế thí nghiệm phương pháp Taguchi được áp dụng.Trong thiết kế thử nghiệm, có nhiều yếu tố biến đổi làm ảnh hưởng đến các đặc tínhchức năng của sản phẩm Các giá trị tham số thiết kế giúp giảm thiểu ảnh hưởng củacác yếu tố nhiễu đến chất lượng sản phẩm Để tìm các mức tối ưu, thiết kế giai thừaphân đoạn sử dụng mảng trực giao được sử dụng Theo cách này, một tập hợp cácđiều kiện xử lý tối ưu có thể thu được từ rất ít thí nghiệm [3,4]

Có một số nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số quá trình épphun lên sự co rút của vật đúc [5-8] Do nhiều tham số xử lý ảnh hưởng đến độ co rút,tối ưu hóa tham số và thiết kế thí nghiệm là cần thiết để tạo ra các sản phẩm chất lượngcao Một số nhà nghiên cứu đã tiến hành tối ưu hóa sự co rút trong khuôn ép nhựa.Trong sản xuất linh kiện nhựa vỏ mỏng, Oktem et al [9] đã sử dụng phương phápTaguchi để giảm các vấn đề về cong vênh có liên quan đến sự thay đổi của các tham số

xử lý phụ thuộc vào độ co rút Họ đã cải thiện độ cong vênh và độ co rút bằng cách xácđịnh thời gian điền đầy tối ưu, áp suất điền đầy, thời gian phun và thời gian làm mát

Áp suất điền đầy và thời gian điền đầy khuôn được cho là các thông số quan trọng nhất.Vatainen và cộng sự [10] đã nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số ép phun đến chấtlượng hình ảnh của các vật đúc bằng phương pháp Taguchi Họ tập trung vào sự co rútvới ba đặc tính chất lượng hơn: trọng lượng, đường hàn và vết lặng Họ đã có thể tối ưuhóa nhiều đặc tính chất lượng với rất ít thí nghiệm, nên có thể tiết kiệm chi phí Et vàcộng sự [11] đã nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số xử lý đến độ co rút bằng cách

sử dụng kết hợp kỹ thuật CAE và Taguchi Chang và Faison [12] đã nghiên cứu giảm

co rút và tối ưu hóa các chi tiết làm từ PS, HDPE và ABS bằng cách sử dụng phươngpháp Taguchi và ANOVA Họ tuyên bố rằng nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nóng chảycùng với áp suất bão hòa và thời gian bão hòa là những yếu tố quan trọng nhất ảnhhưởng đến độ co rút của ba vật liệu được nghiên cứu Liao et al [13] đã xác định cácđiều kiện xử lý tối ưu cho ép phun sản phẩm có

1

thành mỏng, cho vỏ điện thoại di động, bằng phương pháp Taguchi Dựa trên kếtquả phân tích các biến và kiểm tra sai số chuẩn, áp suất điền đầy được tìm thấy làthông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ co rút và cong vênh.

Nhìn chung, độ co rút của vật liệu nhựa chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố nhưđiều kiện chế tạo, vật liệu thành phần và tỷ lệ sợi như đã được phân tích ở trên

1.1.2 Các công trình nghiên cứu trong nước

Hiện nay, vật liệu nhựa đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực tại Việt Nam vớinhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng Cụthể là:

Tác giả Nguyễn Nhật Trinh đã nghiên cứu ảnh hưởng của thông số chế tạo đến

độ bền vật liệu composite gia cường vải polyeste trên cơ sở nhựa phenolfomandehitđược thực hiện vào năm 2009 tại ĐH Bách Khoa Hà Nội [18] Vật liệu cốt giacường là vải kỹ thuật, kết cấu kiểu dệt thoi vân điểm do Công ty Hualon Việt Namsản xuất, nguyên liệu 100% xơ polyeste philamăng (PET) Nhựa nền làphenolfomandehit (PF) dạng novolac do trung tâm ứng dụng khoa học kỹ thuậtquân sự sản xuất Kết quả thực nghiệm cho thấy các thông số nhiệt độ, lực ép và tỷ

lệ thành phần ảnh hưởng đến độ bền cơ học vật liệu composite gia cường vảipolyeste trên cơ sở nhựa PF Đồng thời, nghiên cứu cũng cho thấy sử dụng phầnmềm toán học Design-Experts có thể xác định nhanh và chính xác các thông sốcông nghệ chế tạo tối ưu nhằm đạt được độ bền vật liệu composite lớn nhất

Nghiên cứu của nhóm tác giả Hoàng Văn Thạnh và Trần Đình Sơn đã trình bày

về xây dựng lưu đồ thuật toán cho việc thiết kế, chế tạo một sản phẩm quang học.Trong đó, tính toán, thiết kế và mô phỏng dòng nhựa chảy trong khuôn bằng các phầnmềm CAD/CAM/CAE: Pro/E, TracePro, Rhinoceros và Moldflow đã được áp dụng.Trên cơ sở đó, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh một bộ khuôn ứng dụng cho việc khảo sátthực nghiệm các thông số ép phun ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm quang học Từkết quả mô phỏng và thực nghiệm, đã khảo sát được một số thông số ảnh hưởng đếnchất lượng sản phẩm như nhiệt độ khuôn, nhiệt độ vật liệu, áp suất phun, áp suất ép vàthời gian ép Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng được trong sản xuất các sản phẩmquang học chiếu sáng có hiệu quả tiết kiệm điện năng cao [19]

Bên cạnh đó, nghiên cứu của nhóm tác giả Đoàn Thị Minh Trinh, Vũ Hồng Thủy

và Lê Quang Bình trình bày kết quả áp dụng phương pháp thiết kế CAD/CAE tối ưuđường kính kênh dẫn nhựa (runners) cho khuôn ép 16 sản phẩm nắp bút với cấu hìnhkênh dẫn bố trí không cân bằng tự nhiên theo đặt hàng nghiên cứu của Công ty TNHH

tất cả sản phẩm, giảm tiêu hao nguyên liệu nhựa, giảm đáng kể thời gian chu kỳ và

áp lực ép phun [20]

Ngoài ra, còn có rất nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu polymer vàcomposite do PGS.TS Đỗ Thành Trung, PGS.TS Phạm Sơn Minh cùng các họcviên cao học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM thực hiện trong nhữngnăm vừa qua, chẳng hạn như: Nghiên cứu và phát triển nhíp giảm xóc bằng vật liệucomposite, Nghiên cứu và phát triển đòn treo trên bằng vật liệu composite, Nghiêncứu cường độ ứng suất trên dầm composite nhiều lớp với cốt sợi không liên tục,Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn ép phun đến chất lượng sản phẩmcomposite nhựa nhiệt dẻo,

Tuy có nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu nhựa cũng như công nghệ épphun Nhưng các nghiên cứu về tối ưu hoá thiết kế các thông số công nghệ, cho cácvật liệu composite PP, PA6 và ABS với sợi thủy tinh chưa được quan tâm nhiều.Trong khi các vật liệu này lại có những giá trị ứng dụng cao trong kỹ thuật và đờisống Nên nhóm quyết định lựa chọn đề tài giảm co ngót trong công nghệ ép phunsản phẩm nhựa bằng phương pháp tối ưu hoá Taguchi, ANOVA và mạng nơ ron

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghệ ép phun là quá trình ép phun nhựa nóng chảy điền đầy lòng khuôn Một

khi nhựa được làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn được mở ra

và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy, trong quá trình này không

có bất cứ một phản ứng hóa học nào

Bằng cách quan sát thông thường nhất chúng ta có thể thấy có rất nhiều sản phẩmnhựa xung quanh chúng ta Từ các sản phẩm đơn giản là dụng cụ học tập như: thước,bút…đồ chơi cho đến các sản phẩm phức tạp như : bàn ghế, máy tính…đều được làmbằng nhựa Các sản phẩm này đều có màu sắc và hình dáng đa dạng chúng đã làm chocuộc sống của chúng ta thêm đẹp và tiện nghi hơn Điều này đồng nghĩa với việc

sản phẩm nhựa mà phần lớn tạo ra bằng công nghệ ép phun đã trở thành một phầnkhông thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta Với các tính chất như: độ dẻo dai, cóthể tái chế, không có phản ứng hóa học nào với không khí ở điều kiện bình thường

vật liệu nhựa đã đang thay thế dần các loại vật liệu khác như: sắt, nhôm, gang… đang

ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên Công nghệ ép phun đã trở thành quá trình côngnghệ phổ biến và xu thế phát triển tất yếu trong lĩnh vực nhựa Vì vậy để nâng cao

năng suất và chất lượng sản phẩm ép phun, chúng ta sẽ đi tìm các các lỗi thường hayxảy ra khi ép nhựa Độ co rút nhựa (độ co ngót nhựa) hay tỷ lệ co rút nhựa (Shrinkage)

là yếu tố quan trọng hàng đầu trong thiết kế khuôn nhựa Đó là hiện tượng thể tích vật

lý của nhựa thay đổi khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn Đối với

3

khuôn ép nhựa Độ co rút của nhựa trong khuôn ép là quá trình thay đổi thể tích củasản phẩm trước và sau quá trình làm mát Gây ảnh hưởng đến năng suất và chấtlượng đầu ra của sản phẩm.

Quá trình cài đặt các thông số công nghệ, không phải lúc nào cũng chính xác nhưmong muốn, hay quá trình thu nhận các thông tin sau khi ép phun cũng bị ảnhhưởng của các yếu tố nhiễu, làm những thông tin có được giảm so với giá trị thực ởmột mức độ tin cậy nhất định Phương pháp phân tích thực nghiệm Taguchi đượcứng dụng ngày càng phổ biến và cho phép đánh giá mức độ ảnh hưởng đó

Ngày nay, ứng dụng phát triển khoa học máy tính, con người đã tiếp cận và môphỏng quá trình thu nhận và xử lý thông tin trong bộ não của mình và tìm hiểu các

cơ chế tối ưu trong tự nhiên Khoa học trí tuệ nhân tạo là một ngành nghiên cứu đểtiếp cận khả năng tư duy và học của bộ não Ứng dụng khoa học trí tuệ nhân tạotrong lĩnh vực tối ưu là xu hướng và tất yếu trong tương lai

Do vậy, đề tài “ Giảm co ngót trong công nghệ ép phun sản phẩm nhựa bằngphương pháp tối ưu hóa Taguchi, ANOVA và mạng nơ ron” là cần thiết, thực tiễn vàtất yếu Kết quả nghiên cứu này làm phong phú cho lý thuyết qui hoạch thựcnghiệm, bổ sung một công cụ tính toán cho khoa học thực nghiệm trong công nghệ

ép phun Nghiên cứu còn là tiền đề phát triển, ứng dụng việc dự đoán cho quá trìnhcông nghệ ép phun nhằm nâng cao năng suất và chất lượng trong tương lai

1.3 Mục tiêu đề tài

Đề tài nhằm đưa ra các giải pháp tối ưu các thông số có tính công nghệ trong épphun các sản phẩm composite của nhựa PP, ABS và PA6 với sợi thủy tinh (15%),đặc biệt là làm giảm vấn đề co rút của các sản phẩm này Đồng thời cũng dự đoánđược độ co rút của sản phẩm khi biết bộ thông số đầu vào bằng việc áp dụng mạng

nơ ron

1.4 Phương pháp

- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu:

Thu thập, phân tích và biên dịch tài liệu liên quan tới vật liệu đơn chất nhựa nhiệtdẻo, công nghệ ép phun, các phương pháp tối ưu hóa trong thiết kế, phương phápkiểm tra độ co rút nhằm đảm bảo tính đa dạng, đa chiều và tận dụng được các kếtquả của các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài

- Phương pháp thực nghiệm và xử lý số liệu:

Chế tạo các mẫu thử bằng vật liệu đơn chất nhựa nhiệt dẻo với việc quy hoạch thựcnghiệm dựa vào các thông số xử lý công nghệ đầu vào để kiểm tra độ co rút Sau đó, sử

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu.

Mẫu thử kiểm tra độ co rút của vật liệu composite của PP, PA và ABS độn 15%

GF được chế tạo bằng phương pháp ép phun

Về công nghệ chế tạo: Ép phun trên máy SW-120B

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Làm phong phú thêm lý thuyết trong qui hoạch thực nghiệm và xử lý dữ liệu thựcnghiệm, quá trình tối ưu hóa các thông số công nghệ trong điều kiện tại Việt NamỨng dụng trí tuệ nhân tạo vào kỹ thuật điều khiển thông số trong lĩnh vực côngnghệ cơ khí

Những đóng góp mới:

Ứng dụng giải pháp trí tuệ nhân tạo và phân tích Taguchi thiết lập mối quan hệgiữa các yếu tố: nhiệt độ nóng chảy, áp suất phun, áp suất bão hòa và thời gian bãohòa đến độ co ngót của vật liệu ép phun composite nhựa Polypropylene (PP),Polyamide (PA6), Acrylonitrin butadien styren (ABS) với sợi thủy tinh

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

2.1 Vật liệu nhựa

2.1.1 Định nghĩa

5

Nhựa là vật liệu nhân tạo được tạo trên cơ sở các polymer hữu cơ Khi nung nóngchúng sẽ chảy dẻo, dưới tác động của lực chúng được tạo hình dáng và bão hòanguyên hình dáng đó.

Vật liệu nhựa dùng để ép phun rất đa dạng với hơn 20000 loại nhựa nhiệt dẻo và

5000 loại nhựa nhiệt rắn

2.1.2 Thành phần

Thành phần của nhựa:

- Chất liên kết: loại nhựa tổng hợp

- Chất độn : ở dạng bột, sợi tấm, vô cơ, hữu cơ…

- Ngoài ra còn có thêm các chất phụ gia

2.1.3 Một số loại nhựa thường dùng

- PVC Polyvinyclorua

Nhựa PVC thường gặp trong đời sống hằng ngày dưới 2 dạng dạng cứng và dạngmềm Độ cứng của PVC phụ thuộc vào tỷ lệ trộn dầu, tỷ lệ dầu càng cao thì càngmềm Nhựa PVC mềm thường gặp ở các sản phẩm y tế, vỏ dây điện…Nhựa PVCcứng thường gặp nhất là ống nước

Đặc tính vật lý của hạt nhựa nguyên sinh PS:

- Độ bền cơ học cao

- Chịu được điều kiện thời tiết khắc nghiệt

nhau

- Cách điện, cách nhiệt tốt

- Khối lượng riêng hạt nhựa nguyên sinh PS : khoảng 1.4g/cm3

- Nhiệt độ nóng chảy : 150o – 180oC (PVC mềm), 160 o – 190oC (PVC cứng)

- Nhiệt độ khuôn thích hợp khi ép : 45o – 60oC

- Độ co ngót : 0.4 ~ 0.6%

Hình 2 1: Hình ảnh ứng dụng của vật liệu PVC

Đặt tính vật lý của hạt nhựa nguyên sinh PP:

- Tỷ trọng tương đối nhẹ, dẻo và độ bền cao

Hình 2 3: Hình ảnh ứng dụng của vật liệu PS

- PA Poliamide nylon

Nhựa PA được dùng trong hiều lĩnh vực như công nghiệp: lưới lọc nhiên liệu,bình đựng dầu, làm vỏ máy hút bụi, linh kiện chịu mài mòn; trong đời sống: dùnglàm túi nilon, áo mưa…

Đặt tính vật lý của hạt nhựa nguyên sinh PA6:

- Có độ bền cơ học cao, độ cứng và độ dẻo tốt

- Chống lão hoá, khả năng giảm xốc tốt, tính trượt tốt

- Chịu mài mòn, kháng dung môi hữu cơ và nhiên liệu

- ABS Acrylonitrile – Butadiene – Styrence

Được sử dụng nhiều trong các sản phẩm điện tử, vỏ hộp để bảo vệ máy móc, đồ chơi trẻ em, phụ kiện ô tô…

Đặc tính vật lý của hạt nhựa nguyên sinh ABS:

- Độ cứng cao nên khó bị xước khi xảy ra va chạm nhẹ

- Chịu bền khi tiếp xúc với nhiệt trong thời gian dài

- dễ tạo màu sáng hoặc phản quang

Đặc tính vật lý của hạt nhựa nguyên sinh ABS:

- Tính kết nối cao nên có độ kín cao, không bị hở - rò rỉ

- Tuổi thọ cao có khi tới 50 năm mới lão hoá

2.2.2 Nhu cầu và hiệu quả kinh tế

Chúng ta có thể thấy có rất nhiều sản phẩm nhựa xung quanh chúng ta Từ cácsản phẩm đơn giản là dụng cụ học tập: thước, viết, coMPa hay đồ chơi trẻ em… chođến các sản phẩm phức tạp như: bàn, ghế, vỏ tivi, vi tính hay các chi tiết trong ô tô,

xe máy… đều được làm bằng nhựa Hầu hết các sản phẩm này có hình dáng và màusắc rất phong phú Chúng góp phần làm cho cuộc sống chúng ta trở nên đẹp và tiệnnghi hơn

Mặc khác, phần lớn các sản phẩm nhựa được tạo ra bằng công nghệ ép phun Vớicác tính chất như: độ dẻo dai, nhẹ, có thể tái chế, không có những phản ứng hoá họcvới không khí trong điều kiện bình thường… Vật liệu nhựa đã và đang thay thế cácloại vật liệu khác như: sắt, nhôm, gang, đồng…đang ngày càng cạn kiệt trong tựnhiên Do đó có thể nói rằng nhu cầu sử dụng vật liệu nhựa trong tương lai rất lớn.Điều này dẫn đến một hệ quả là giá thành của khuôn ép sẽ không được cho là đắcbởi lợi nhuận mà nó mang lại là rất lớn Từ một khuôn ép phun chúng ta có thể sảnxuất ra hàng chục thậm chí là hàng trăm ngàn sản phẩm nhờ máy ép nhựa

Tóm lại, nhu cầu về sản phảm nhựa của chúng ta là mãi mãi cho đến khi nào người

ta có thể tìm ra một vật liệu khác có những đặc tính tương tự và tốt hơn có thể thay thế

Hình 2 7: Hình ảnh các sản phẩm được làm bằng vật liệu

nhựa 2.2.3 Khả năng công nghệ

- Tạo ra những sản phẩm có hình dáng phức tạp

- Khả năng tự động hoá và chi tiết có tính lặp lại cao

- Sản phẩm ép phun có màu sắc phong phú và độ nhẵn bóng bề mặt cao nên không cần gia công lại

- Phù hợp dạng sản xuất hàng khối và đơn chiếc ( trong trường hợp đặc biệt )

2.2.4 Quy trình công nghệ ép phun

Ép phun là phương pháp đúc tạo hình sản phẩm kết hợp công đoạn phun (nhựanóng chảy) và ép khuôn để tạo hình dạng sản phẩm Qhuy trình ép phun trải qua 4bước chính:

- Bước 1: Nguyên liệu được gia nhiệt nóng chảy với một nhiệt độ thích hợp bằng máy ép nhựa

- Bước 2 : Nhựa nóng chảy được bơm vào khuôn đang ở trạng thái đóng với một

áp lực lớn thông qua hệ thống trục vít của máy ép nhựa

- Bước 3 : Làm mát khuôn để phần nhựa nóng chảy trong khuôn chuyển sang trạng thái rắn

- Bước 4 : Mở khuôn để lấy sản phẩm ra ngoài

Cụ thể:

Bước 1

Nguyên liệu thô ở dạng cứng thường là các hạt nhựa nguyên sinh hay nhựa táichế Nguyên liệu thô được cấp vào phểu nguyên liệu của máy ép nhựa Cổng ra củaphểu sẽ là hệ thống trục vít xoắn (nằm dọc theo xilanh) với công dụng trộn đềunguyên liệu và đẩy nguyên liêu đi về phía trước để nung nóng chảy bởi hệ thống gianhiệt được bố trí xung quanh xilanh

Hình 2 8: Hình ảnh hạt nhựa được đưa vào trục vít Bước 2

Trục vít đóng vai trò như một pit tông đẩy nhựa nóng chảy về phía trước với một

áp lực rất lớn Nhựa lỏng sẽ được phun vào lòng khuôn thông qua hệ thống kênhdẫn nhựa Lúc này khuôn đang ở trạng thái đóng để tạo hình sản phẩm

Hình 2 9: Hình ảnh nhựa được phun vào lòng khuôn

Bước 3

Nhựa lỏng sau khi điền đầy lòng khuôn phải được đông cứng để có thể lấy rangoài Lúc này hệ thống làm mát hoạt động để làm nguội khuôn đồng thời biến

nhựa nóng chảy chuyển sang trạng thái rắn.

Bước 4

Hê thống kìm khuôn của máy ép sẽ từ từ kéo một nữa khuôn (nữa khuôn đực haycòn gọi là nửa khuôn di động) tách ra một khoảng nhất định đủ để có thể lấy sảnphẩm ra ngoài sau đó đóng khuôn lại tiếp tục chu kỳ mới

Hình 2 10: Hình ảnh lấy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn 2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ ép phun [24]

2.2.5.1 Nhiệt độ

a) Sự không đồng nhất của nhiệt độ

Nhiệt độ của nhựa sẽ thay đổi trong suốt quá trình di chuyển từ đầu phun máy ép cho đến lòng khuôn

Quá trình thay đổi nhiệt độ là do ma sát giữa nhựa và khuôn, do nhiệt truyền ra các tấm khuôn và môi trường bên ngoài

b) Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình ép phun

Nhiệt độ thay đổi sẽ làm thay đổi độ nhớt của nhựa

Nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến khả năng nén ép vật liệu vào khuôn

Nhiệt độ ảnh hưởng đến thời gian làm nguội của sản phẩm

2.2.5.2 Tốc độ phun

a) Tầm quan trọng của tốc độ phun

Quyết định khả năng điền đầy khuôn

Đảm bảo tính đồng nhất của vật liệu tại vị trí đầu tiên đến vị trí sau cùng tronglòng khuôn

13

Các vùng chịu ảnh hưởng của tốc độ phun là : vùng xung quanh cổng phun, thành phần giao nhau và phần khuôn điền đầy sau cùng.

b) Các khuyết tật do tốc độ phun gây ra

Hiện tượng tạo bọt khí, cong vênh do co rút

Hiện tượng sản phẩm bị biến màu

Bề mặt không tốt tại vùng gần cổng phun

c) Các vùng thường tập trung bọt khí

Những vùng điền đầy cuối cùng của lòng khuôn

Những vùng dòng chảy bị nghẽn

d) Các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng bọt khí

Thiết kế hệ thống thoát khí không đúng

Phun với tốc độ phun quá cao nên không khí không thoát ra kịp

Vị trí cổng phun không thích hợp

e) Phun với tốc độ phun quá cao

Sự biến dạng của sản phẩm sẽ khác nhau khi phun với tốc độ quá cao qua các phần khác nhau của lòng khuôn

Phun với tốc độ cao đòi hỏi lực ép khuôn lớn

Phun qua cổng phun với tốc độ cao sẽ dẫn đến hiện tượng phun tia, làm cho dòngchảy rối và bề mặt sản phẩm gần cổng phun xấu

f) Phun với tốc độ khác nhau trên cùng một sản phẩm

Để tránh hiện tượng tập trung bọt khí cũng như sản phẩm điền khuôn tốt mà không kéo dài thời gian phun, nên thiết lập tốc độ phun khác nhau ở các vùng khác nhau

g) Phun với tốc độ cao với các sản phẩm thành mỏng

Với các sản phẩm thành mỏng thì phải phun với tốc độ phun càng nhanh nếu có thể, để tránh hiện tượng không điền đầy khuôn do nhựa bị nguội

h) Cài tốc độ phun thay đổi

Không phải thay đổi tốc độ phun là có kết quả ngay, vì nó còn phụ thuộc vào quán tính của trục vít

2.2.5.3 Áp suất phun

Áp suất là một thông số chính trong quá trình ép phun, thông số này ảnh hưởng đén sự ổn định về mặt kích thước và cơ tính của sản phẩm

a) Áp suất nén (bão hòa)

Áp suất nén là áp suất tăng lên trong khuôn sau khi khuôn được điền đầy Nó ảnh hưởng đến tổng lượng vật liệu được ép vào trong khuông

Khối lượng sản phẩm sẽ phụ thuộc vào áp suất nén.

b) Áp suất duy trì và thời gian duy trì áp

Áp suất duy trì là áp suất trong giai đoạn duy trì áp, sau khi áp suất nén đạt được Thời gian duy trì áp là thời gian từ lúc áp suất nén đạt cực đại đến khi cổng phunđông đặc

c) Sự thất thoát áp suất trong khuôn

Áp suất bị thất thoát là do dòng chảy bị giới hạn, rãnh dẫn cong và do ma sát

Do vật liệu làm nguội làm giảm khả năng chảy

Hậu quả là gây ra sự co ngót không đều

d) Tầm quan trọng của áp suất khuôn

Việc sát định áp suất khuôn giúp kiểm soát được sự ổn định của sản phẩm

Kiểm soát được khả năng điền đầy khuôn và độ nén chặt của vật liệu

e) Đường cong áp suất

Dùng đường cong áp suất khuôn để cài đặt thời gian chuyển sang trạng thái duytrì áp của quá trình ép

Áp suất cực đại trong khuôn phụ thuộc vào áp suất cài trong giai đoạn duy trì áp

2.3 Hiện tượng co ngót

2.3.1 Định Nghĩa

Độ co ngót nhựa (Độ co rút nhựa ) hay tỷ lệ co ngót nhựa (Shrinkage) là yếu tố quan

trọng hàng đầu trong thiết kế khuôn nhựa Đó là hiện tượng thể tích vật lý của nhựa

rút của nhựa trong khuôn ép là quá trình thay đổi thể tích của sản phẩm trước và sauquá trình làm mát

2.3.2 Phân loại co ngót

Độ co ngót trong chu kỳ ép

Độ co ngót sau khi sản phẩm lấy ra khỏi khuôn

Độ co ngót toàn bộ bằng tổng hai loại co ngót trên

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ co ngót

Bề dày thành phẩm tăng lên thì độ co ngót cũng tăng lên

Bề dày ảnh hưởng rất lớn đến quá trình co ngót mà khó có thể điều chỉnh được bằng các thông số của máy

Ảnh hưởng của áp suất

- Thời gian duy trì áp càng dài, áp suất cực đại trong lòng khuôn càng cao thì

độ co ngót càng thấp, khối lượng sản phẩm tăng lên

- Tuy nhiên trong hầu hết các khuôn, có áp suất thay đổi theo chiều dài của dòng chảy nên độ co ngót tại các vị trí đó sẽ khác nhau

15

Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Nhiệt độ của nhựa trong quá trình ép càng cao thì độ co ngót càng cao vì vật liệu nén vào trong khuôn ít hơn do nhựa giãn nở nhiều hơn

- Đối với nhựa bán kết tinh thì nhiệt đô khuôn có ảnh hưởng đến độ co ngót vì

ảnh hưởng đến thời gian làm nguội

- Các phân tử định hướng là do ứng suất trượt, sau đó được giữ lại do kết hợp với quá trình làm nguội

- Các phân tử polymer có xu hướng trở lại trạng thái tự do khi có điều kiện(nhiệt độ thường và không ở trong khuôn) Sự co ngót theo dòng chảy sẽ lớnhơn theo định hướng

2.3.4 Cách xác định mức độ co ngót

Mức độ co ngót trong khuôn ép nhựa được xác định bằng thông số vật lý của nhựa

Hiểu một cách đơn giản là để làm ra một sản phẩm bằng công nghệ ép phun thì người

thiết kế chỉ cần làm cho lòng khuôn lớn hơn sản phẩm mong muốn một tỷ lệ nào đó đểkhi sản phẩm được ép ra, co lại đúng với kích thước mà người thiết kế mong muốn

Độ co ngót nhựa nói chung thường dao động từ 2/1000 – 20/1000

Nếu yếu tố co rút được thể hiện bằng ký hiệu α (alpha), nó có thể được địnhnghĩa bởi phương trình sau:

: (mm) kích thước sản phẩm ở nhiệt độ lý tưởng (thường 20ºC)

2.4 Khái niệm về điều khiển nhiệt độ khuôn trong quá trình phun ép

Như đã trình bày trong phần ý nghĩa thực tiễn của đề tài Quá trình gia nhiệtlàm cho nhiệt độ khuôn cao từ đó có thể giảm bớt hoặc loại bỏ các vấn đề về ép

Mặt khác, khi nhiệt độ khuôn tăng quá cao thì quá trình giải nhiệt khuôn nhựa sẽ kéo dài, dẫn đến việc chu kỳ phun ép sẽ kéo dài thời gian, làm cho giá thành sản phẩm tăng Chính vì vậy việc điều khiển nhiệt độ khuôn trong quá trìnhphun ép là vấn đề quan trọng

Hình 2.11: Bộ gia nhiệt khuôn ép nhựa

2.4.1 Phân loại các phương pháp gia nhiệt

Dựa vào ảnh hưởng nhiệt độ lên tấm khuôn, quá trình gia nhiệt cho khuôn phun ép được chia làm 2 nhóm chính: gia nhiệt cả tấm khuôn (volume heating) vàgia nhiệt cho bề mặt khuôn (surface heating) Trong nhóm thứ nhất, phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước (steam heating) có thể đạt được tốc độ gia nhiệt từ 10C/s đến 30C/s (Hình 2.12) Độ gia nhiệt theo phương pháp này không được đánh giá cao và quá trình giải nhiệt cho khuôn cũng sẽ gặp nhiều khó khăn

Hình 2.12: Hệ thống gia nhiệt khuôn bằng hơi nước (Steam heating)

17

Để gia tăng nhiệt độ khuôn với chi phí thấp, ta có thể sử dụng lưu chất là nước

của nước, hoặc lưu chất là dầu nóng (Hình 2.13) sẽ được sử dụng Phương án đầu

(dùng nước ở áp suất cao) có thể làm giảm tuổi thọ các vị trí nối của các kênh lưuchất và các vấn đề an toàn trong quá trình sử dụng cũng cần được xem xét Ngoài

ra, tiêu hao năng lượng cũng là một vấn đề cần được lưu ý Với trường hợp dùnglưu chất là dầu, khả năng truyền nhiệt giữa lưu chất và khuôn sẽ giảm đáng kể do hệ

số truyền nhiệt của dầu thấp

Hình 2.13: Hệ thống gia nhiệt sử dụng lưu chất bằng dầu nóng

Trong nghiên cứu khác, tốc độ gia nhiệt được cải tiến đáng kể khi phươngpháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn được sử dụng Quá trình điền đầy của nhựa vàolòng khuôn được cải thiện khi bề mặt khuôn được phủ 1 lớp cách nhiệt Phươngpháp này có thể tăng nhiệt độ bề mặt khuôn lên khoảng 250C Sau đó, hệ thống gia

nhiệt bằng tia hồng ngoại (infrared heating), (Hình 2.14), được nghiên cứu và ứng

dụng cho khuôn phun ép nhựa

Bên cạnh phương pháp dùng tia hồng ngoại để gia nhiệt cho khuôn, phươngpháp dùng điện trở cũng đã được đề xuất và nghiên cứu (Hình 2.15) Tuy nhiên,trong quá trình ứng dụng, nhưng phương pháp này thường chỉ sử dụng để hỗ trợ làmnóng khuôn ở nhiệt độ cao, đặc biệt là với những khuôn có thành mỏng Hơn nữa,phương pháp dùng điện trở thường được ứng dụng như bổ trợ nhiệt và chỉ có khảnăng tăng nhiệt độ khuôn 200C đến 300C

Hình 2.14: Hệ thống gia nhiệt cho khuôn bằng tia hồng ngoại

(infrared heating system)

Hình 2.15: Phương pháp gia nhiệt bằng điện trở

Để giải quyết vấn đề này, nhiều phương pháp điều khiển nhiệt độ khuôn đã được

đề xuất và nghiên cứu trong những năm gần đây Mục đích chính là để hạn chế lớpnguội (Frozen layer) bằng phương pháp sử dụng bề mặt khuôn có nhiệt độ cao trongquá trình điền đầy và làm nguội cả phần thể tích khuôn và nhựa trong quá trình giảinhiệt Như trình bày trên, để kiểm soát nhiệt độ khuôn, phương pháp phổ biến nhất làthể sử dụng lưu chất với hai loại nhiệt độ (Hình 2.16) Ưu điểm của phương pháp này làkhả năng ứng dụng cho tất cả các loại khuôn khác nhau và không cần thay đổi kết cấukhuôn Tuy nhiên, tiêu hao năng lượng, cũng như thời gian chu kỳ

19

sẽ tăng đáng kể Ngoài ra để gia nhiệt từ bên ngoài khuôn, ta có thể sử dụng phươngpháp gia nhiệt bằng phương pháp cảm ứng từ (Hình 2.17), phương pháp này giúpcung cấp nhiệt trực tiếp cho bề mặt khuôn và không làm nhiệt độ của cả tấm khuôntăng cao trong suốt chu trình Tuy nhiên, để thiết kế được bộ cảm ứng từ phù hợp,công ty sản xuất cần tính toán cẩn thận và tốn thêm chi phí thử nghiệm.

Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ được kết hợp với lưu chất giải nhiệtnhằm điều khiển nhiệt độ khuôn Phương pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ có những

ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác như:

- Tốc độ gia nhiệt cao

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

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

Tuy nhiên, hiện nay, các thiết kế của cuộn dây gia nhiệt chỉ giới hạn ở dạng2D, toàn bộ cuộn dây chỉ được bố trí trên 2 mặt phẳng Điều này ảnh hưởng khôngtốt đến phân bố nhiệt độ trên bề mặt của khuôn Đây cũng là một trong nhữngnguyên nhân làm tăng độ cong vênh của sản phẩm nhựa sau khi phun ép Để khắcphục hiện tượng này, mô hình cuộn dây 3D được đề xuất nhằm nâng cao độ đồngđều về nhiệt độ của bề mặt khuôn và giảm cong vênh sản phẩm