BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI








nguyÔn duy huÊn Nghiªn cøu thiÕt kÕ khu«n Ðp nhùa
b»ng phÇn mÒm c«ng nghiÖp

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá

nông, lâm nghiệp
Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: TS. Phan chÝ ChÝnh


Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
iiLời cảm ơn

Tụi xin trõn trng cm n TS. Phan Chí Chính, ngi ủó trc tip
hng dn, giỳp ủ tụi trong quỏ trỡnh lm ủ ti v hon thnh Lun vn
cựng tp th cỏc thy cụ trong B mụn C khí Khoa C in - Trng i
hc Nụng nghip H Ni ủó giỳp ủ tụi trong quỏ trỡnh thc hin ủ ti.
Tụi cng xin trõn trng cm n tp th cỏc thy, cụ giỏo trong khoa C
in ủó trc tip ging dy tụi trong sut quỏ trỡnh hc tp ti trng. Cm n
Trng Cao ủng Kinh tế kỹ thuật Thái Bình v bn bố ủng nghip ủó to
mi ủiu kin thun li v giỳp ủ tụi hon thnh Lun vn ny.

Tỏc gi lun vn Nguyễn Duy Huấn Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
iiiMục lục

2.1 Nguyên lý thiết bị ép phun 28
2.1.1 Hệ thống dây chuyền công nghệ 28
2.1.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị 28
2.2 Kết cấu thiết bị ép phun chất dẻo nhiệt dẻo 29
2.2.1 Khối ép phun nhựa 29
2.2.2 khối đóng mở khuôn và kẹp chặt khuôn 31
2.2.3 Kết cấu khuôn ép phun nhựa 33
2.3 Công nghệ ép phun trên thiết bị ép phun chất dẻo 44
2.3.1 Quy trình ép phun trên thiết bị ép phun 44
2.3.2 áp lực ép 45
2.3.3 Điều khiển gia nhiệt, giữ nhiệt 45
Chơng 3. Thiết kế khuôn ép phun bằng công nghệ 3D 48
3.1 Phần mềm SolidWorks - MOLDworks 48
3.1.1 Gii thiu chung 48
3.1.2 Phần mêm Moldflow 3.1 49
3.2 Thiết kế khuôn mũ bảo hiểm bằng công nghệ 3D 51
3.2.1 thiết kế mô hình chi tiết nhựa vỏ cứng mũ bảo hiểm theo Tiêu
chuẩn Việt Nam TCVN5756-2001 51
3.2.2 Thiết kế 3D phần miếng ghép lòng khuôn và lõi khuôn cho sản
phẩm nhựa 54
3.3 Thiết kế khuôn ép phun hoàn chỉng bằng Moldworks 56
3.3.1 Chọn loại khuôn 56
3.3.2 Phơng án I 56
3.3.2 Phơng án II 66
Chơng 4. Mô phỏng khảo sát dòng chảy nhựa và tối u kết cấu lòng
khuôn bằng Moldflows 3.1 73
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
v
4.1 Kết quả tính toán các thông số theo thời gian điền khuôn 77
4.2 Kết quả tính toán các thông số theo thời gian 83 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
viiDanh mục hình
STT Tên hình Trang
1.1 Công thức viết cho Polyme (polyethylene PE ) 4
1.2 Polyme dạng đờng 5
1.3 Polyme dạng nhánh 5
1.4 Polyme mạng 3D 5
1.5 Cấu trúc rối 6
1.6 Cấu trúc định hớng 6
1.7 Các dạng giới hạn chảy của vật liệu dẻo 7
1.8 ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất của Polyme 7
1.9 ảnh hởng của độ kết tinh đến tính chất của Polyme 8
1.10 ảnh hởng của khối lợng phân tử đến độ bền 8
1.11 Quan hệ nhiệt độ và trạng thái của chất dẻo. 10
1.12 Cơ tính của PE phụ thuộc nhiệt độ (a) và khối lợng phân tử (b) 12
1.13 Biểu đồ kéo của PA 6.6 ở 23
0
C tại các độ ẩm khác nhau. 21
2.1 Hệ thống sản xuất sản phẩm bằng chất dẻo với công nghệ ép phun 28
2.2 Sơ đồ máy ép phun và cụm khuôn 28
2.3 Cơ cấu phun ép bằng đẩy trục vít 30
2.4 Cơ cấu phun pitton-xilanh đặt vuông góc 30
2.5 Trục vít xoắn 31

3.9 Bạc cuống phun và hệ thống cấp liệu phơng án II 68
3.12 Bản vẽ lắp bộ khuôn phơng án II 69
4.1 Các khả năng phân tích mô phỏng của Moldflow 73
4.2 Quy trình thiết kế-chế tạo sản phẩm theo kiểu thông thờng 74
4.3 Lu đồ thiết kế theo phơng pháp mô phỏng 75
4.4 Lu đồ thiết kế mô phỏng mũ bảo hiểm 75
4.6 Mô phỏng tính thời gian điền đầy chất dẻo 2,44 s 78
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
ix4.7 Thời gian đông đặc 27,9 s 78
4.8 Phân bố áp suất tại các vùng tại 2,40 s 78
4.9 Phân bố nhiệt độ đầu dòng chảy 78
4.10 Phân bố nhiệt độ sau 2,4 s 78
4.11 Phân bố áp suất phun theo thời gian 79
4.12 Quan hệ tỷ lệ điền đầy lòng khuôn theo thời gian 80
4.13 Vùng điền đầy cuối cùng 80
4.14 Biểu diễn phân bố nhiệt độ trên các vùng cuối điền đầy 81
4.15 Lực kẹp khuôn và thời gian 81
4.16 Mô 3D và chia lới 82
4.17 Hình xác định thời điểm điền đầy nhựa 83
4.18 Thời gian đông đặc nhựa và polyme hóa 84
4.19 Phân bố áp suất trên sản phẩm mũ 84
4.20 Phân bố nhiệt độ nhựa đầy dòng chảy trong khuôn 85
4.21 Phân bố nhiệt độ nhựa khi polyme hóa 85
4.22 Biểu đồ quan hệ áp suất theo thời gian 86
4.23 Biểu đồ quan hệ tỷ lệ thể tích điền đầy theo thời gian 86
4.24 Vị trí đặt túi khí 87
4.25 Phân bố nhiệt độ tại thời điểm điền đầy xong 87

lớn. Thái Bình có thể gia công trên máy CNC với các mẫu có sẵn, nhng do
cha nắm đợc công nghệ thiết kế. Trong đó, vấn đề quan trọng nhất là cha
nắm đợc tính chất dòng chảy của nhựa trong lòng khuôn, nên khi chế tạo
xong phải ép thử rất nhiều lần, rất tốn kém về tiền khuôn chế thử. Từ đó làm
tăng giá thành sản phẩm.
Trớc tình hình đó, để góp phần tăng trởng kinh tế của Thái Bình,
giảm giá thành sản phẩm và tăng chủng loại tạo thế cạnh tranh cao cho các
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
2doanh nghiệp, cần thiết phải nắm đợc công nghệ thiết kế chế tạo khuôn ép
phun nhựa, một công nghệ hiện đại và có nhiều bí quyết kỹ thuật.
Đề tài: Nghiên cứu thiết kế khuôn ép nhựa bằng phần mềm công
nghiệp mong muốn làm rõ các vấn đề cơ sở khoa học về công nghệ ép phun,
về sử dụng công nghệ mô hình hoá để thiết kế khuôn và công nghệ mô phỏng
để kiểm tra chất lợng khuôn.
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
- Cơ sở khoa học: Đề tài nghiên cứu các thuộc tính của nhựa, các yêu
cầu công nghệ khi ép phun các chủng loại nhựa, làm cơ sở định ra chế độ
công nghệ ép phun. Đồng thời cần khảo sát dòng chảy của nhựa trong khuôn
qua các rnh dẫn, đậu đến điền đầy lòng khuôn, từ đó tìm cách điều chỉnh
dòng chảy, để điền đầy lòng khuôn tốt nhất.
- Tính thực tiễn: Đề tài sử dụng công nghệ thiết kế khuôn 3D để dựng
hình sản phẩm, tạo lòng khuôn ép và công nghệ mô phỏng số phân tích dòng
chảy và nhiệt từ đó phân tích các tham số. Đây là một công nghệ thiết kế hiện
đại, tiết kiệm giai đoạn chế thử và mang lại tính cạnh tranh cao cho sản phẩm.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu đề tài nghiên cứu công nghệ thiết kế hiện đại sử dụng phần
mềm công nghiệp để thiết kế khuôn và mô phỏng quá trình ép, tối u hoá thiết

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
4Chơng 1
Tổng quan về chất dẻo nhiệt dẻo và ứng dụng

1.1 Chất dẻo nhiệt dẻo
1.1.1 Định nghĩa chất dẻo
Chất dẻo là loại vật liệu nhân tạo đợc sản xuất từ các chất hữu cơ. ở
nhiệt độ nhất định chất dẻo trở lên mềm dẻo và có thể tạo hình đợc dới áp
suất cao. Đa số các loại chất dẻo đều có cấu tạo hóa học phức tạp mà cơ sở của
nó là các liên kết hữu cơ cao phân tử đợc gọi là polyme (Polyme là một hợp
chất gồm các phân tử đợc hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một loại hay
nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử (đơn vị cấu tạo monome) liên kết
với nhau với số lợng khá lớn để tạo lên một loạt các tính chất mà chúng thay
đổi không đáng kể khi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo).

Hình 1.1. Công thức viết cho Polyme (polyethylene PE )
1.1.2 Chất dẻo nhiệt dẻo
Chất dẻo có rất nhiều loại, trong chế tạo máy thờng sử dụng hai loại
chính là: chất dẻo nhiệt dẻo và chất dẻo nhiệt cứng.
- Chất dẻo nhiệt dẻo là loại vật liệu mm hoc chy nu ủc ủt núng.
Cht do ủt ủn trng thỏi mm hoc tan chy ủc phun vo hc khuụn

1.2.1 Chất dẻo kết tinh
trong điều kiện nhất định, có cấu trúc theo quy luật, có mầm kết tinh,
nguội chậm, có tính định hớng. Chuỗi các phân tử các chất dẻo đặc đợc liên
kết đều đặn, nhiều chuỗi phân tử này không cho phép đảm bảo chính xác kích
thớc. Các loại chất dẻo này gồm có: Polyethylene (PE), Polypropylene (PP),
Polyamide (PA).
1.2.2 Chất dẻo vô định hình
có cấu trúc gần cấu trúc chất lỏng, đặc trng là không có sự sắp xếp
theo thứ tự ở khoảng cách xa, cấu trúc không đồng nhất và không đẳng hớng.
Các chất dẻo này không hợp thành chuỗi liên kết đều đặn, chỉ có ở trạng thái
rắn. Dễ đảm bảo kích thớc chính xác hơn so với chất dẻo kết tinh. Các loại
chất dẻo vô định hình gồm có: Polyvinylchloride (PVC), Polystyrene (PS),
Polycarbonate (PC), Acrynonitrilebutadienstylene (ABS).

Hình 1.5.
Cấu trúc rối
Hình 1.6. Cấu trúc định hớng

1.3 Tính chất cơ học, lý học, hóa học của chất dẻo nhiệt dẻo
1.3.1 Tính chất chung của chất dẻo nhiệt dẻo
1. Tính chất cơ học: C tớnh l s bin dng hoc b ủt v ca cht do do
ti trọng. C tớnh ca cht do ph thuc vo nhit ủ, ti trng tỏc dng v
khong thi gian chu ti trng ủt vo. Nú cng cú th b tỏc ủng do bc x Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
7tia cc tớm khi s dng ngoi tri.

Hình 1.10. ảnh hởng của khối lợng phân tử đến độ bền
b. Độ bền dài hạn - hoá già: mô đun đàn hồi giảm theo thời gian, gây nứt.
- Hoá già vật lý là sự biến đổi tính chất không thuận nghịch của chất dẻo, khi
không làm thay đổi thành phần hoá học của phân tử.
- Hoá già nhiệt là sự biến đổi chậm không thuận nghịch của cấu trúc, thành
phần và sự chuyển biến thù hình của chất dẻo dới tác dụng của nhiệt. Chúng
có thể gồm cơ chế hoá già vật lý và hoá già hoá học, trong đó quá trình ôxy
hoá dới tác dụng của O
2
trong không khí có vai trò lớn.
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
9 - Hoá già khí hậu là quá trình phá huỷ vật liệu theo thời gian do tác dụng của
các yếu tố nhiệt độ và môi trờng.
c. Mỏi - dão - bò
- Mỏi : Nhiều chi tiết bị h hỏng khi chịu tác dụng tải trọng chu kỳ (biến đổi
theo thời gian ) nh bánh răng, cam, biên
- Dão - Bò
Nhiều polyme ở trạng thái đàn nhớt ở nhiệt độ thờng. Vì vậy tính chất
của chúng dễ thay đổi theo thời gian tác dụng của tải trọng.
Do là quá trình biến dạng chậm sau khi tác dụng của lực trong thời
gian dài, có nghĩa là với một ứng suất nhất định, sau một thời gian, biến dạng
tăng dần; ngợc lại khi cất tải, biến dạng đàn hồi không mất ngay và chúng
còn giữ biến dạng trong một thời gian, và có biến dạng d .
Bò là quá trình mất dần trạng thái chịu lực khi giữ một độ biến dạng
nhất định, có nghĩa là với một lợng biến dạng nhất định, ứng suất giảm dần
theo thời gian.
2. Tính chất nhiệt: Thông thờng chất dẻo tồn tại ở 3 trạng thái tuỳ theo điều

1.3.2 Tính chất lý học, cơ học, hóa học, công nghệ và ứng dụng của các
loại chất dẻo nhiệt dẻo thông dụng
1.3.2.1 Polyethylene (PE)
Các chất PE đợc tổng hợp từ khí C
2
H
4
bằng các phơng pháp khác nhau :
Phơng pháp mật độ thấp: dùng áp lực < 1000 Bar nhận đợc PE mật
độ thấp (PE mđt) ;
Phơng pháp áp lực thấp: có chất xúc tác (p < 50 bar ) cho PE mật độ
cao (PE mđc) ;
Phơng pháp tạo PE siêu nặng với khối lợng đạt 2 500 000đv.
(CH
2
CH
2
) PolyÊthylen PE
1. Tính chất lý học
- màu trắng sữa, chiều dày lớn chúng mờ đục, nhng màng mỏng lại trong
suốt.
- Tính chất điện: tính cách điện tốt trong các điều kiện môi trờng khác nhau,
tổn hao điện nhỏ, không hàn cao tần. Dùng làm chất cách điện vỏ bọc cách
điện
- Tính chất nhiệt: PE không cháy khi không có ngọn lửa. Chịu nhiệt khi
không có tải đến nhiệt độ 110-120
0
C.
- Độ ổn định kích thớc không phụ thuộc vào độ ẩm khi độ ẩm < 0,2%. Các
polyme có độ kết tinh cao có độ co ngót lớn, nên chú ý khi đúc. Vậy để tăng

, nên cấu trúc của chúng rất nhạy với tính chất. PE
mđt ở nhiệt độ thờng rất nhạy với sự do so với PE mđc. PE mđt ở nhiệt độ
thờng rất mềm cho phép tạo ra các sản phẩn dạng ống, màng túi, sợi, ống
mềm. PE mđc có môdun lớn hơn PE mđt nhng độ dn dài nhỏ hơn. Tính chất
cơ học nhạy cảm với khối lợng phân tử, khối lợng tăng cơ tính tăng.

a b
Hình 1.12. Cơ tính của PE phụ thuộc nhiệt độ (a) và khối lợng phân tử (b)
- Tính chịu va: Các polyme tinh thể có tính chịu va tốt, nếu nguội
nhanh độ tinh thể thấp tính chịu va giảm. Các Copolyme của PE có tính chịu
va tốt hơn PE đồng nhất.
- Tính chịu mài mòn: Polyme có tính bôi trơn tốt nhất là PE mđc khi
tạo hình bằng cách phun. Hệ số ma sát động với 1 tốc độ cho trớc không phụ
thuộc vào áp suất bề mặt à = 0.15 ~ 0,25; p < 10 N/mm
2
, V<2 m/s.
- Một số tính chất cơ tính
G.h. bền: 9-12 MPa
Biến dạng khi đứt: 400-600 %
Modun kéo: 150-300 MPa
Modun uốn: 60-400 MPa
Độ dai va đập: 350-1000 J/m
2

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
133. Tính chất hoá học
- có tính ổn định hóa học tốt. ở nhiệt độ < 60

5. ứng dụng
- PE tỷ trọng thấp thờng sản xuất chi tiết có hình dáng phức tạp mềm
dễ uốn: ủng thc phm, ủ ung, l ủng thuc, mng ủúng gúi, v dõy
ủin, ủ chi, ủ gia dng.
- PE tỷ trọng cao để sản xuất chi tiết lớn nh các thùng chứa. Tỳi sỏch
hng, tỳi ủng rỏc, Hp ủng x phũng bt, ng thoỏt nc, ng dn khớ.
Bánh răng, vít, cút xinê
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip
141.3.2.2 Polypropylene (PP)
1. Tính chất lý học
- Khối lợng riêng PP = 0.90-0.91 g/cm
2
.
- Tính chất điện: tính cách điện tốt trong các điều kiện môi trờng khác
nhau, tổn hao điện nhỏ, không hàn cao tần. Dùng làm chất cách điện vỏ bọc
cách điện
- Tính chất nhiệt: PP cháy khi không có ngọn lửa. Chịu nhiệt khi không
có tải đến nhiệt độ 110-120
0
C, có tải T<100
0
C, nếu có cấu trúc lới T<130
0
C
- Kích thớc: độ ổn định kích thớc không phụ thuộc độ ẩm <0.2%.
Các chất dẻo kết tinh cao có độ co ngót lớn.
- Một số tính chất lý học


4. Tính chất công nghệ
- Có độ chảy long tốt nên có thể ép phun với các dạng hệ thống cấp
liệu khác nhau. Không cần sấy trớc khi ép phun.
- Có độ co ngót cao lên cần điều khiển nhiệt độ nguội hợp lý để tránh
co và âp suất phun cần cao.
- Đặc tính nhiệt độ và áp suất ép phun
Loại nhựa
Nhiệt độ xy lanh
(
0
C)
Nhiệt độ khuôn
(
0
C)
áp suất phun
(Kg/cm
2
)
Thờng dùng 180 - 300 20 - 90 600 - 1410
40% sợi thủy tinh

200 - 300 20 - 90 730 - 1410
5. ứng dụng
- Chi tit ni tht, vỏ bọc ụ tụ, mng bao gúi thc phm, bn mỏy git,
thùng nha, can nha, cỏc ngn t, gh, chộn tỏch mng, ủ bp nỳc.
- Vì có độ bền mỏi tốt lên thờng dùng cho chi tiết khớp nối hoặc bản
lề chịu uốn nhiều lần.
2.3.2.3 Polyvinylchloride (PVC)