M CL C
Trang t a

TRANG

Quy t đ nh giao đ tài
LỦ l ch khoa học ........................................................................................................... i
L i cam đoan ............................................................................................................. iii
L i c m t ................................................................................................................... iv
Tóm tắt ........................................................................................................................ v
M c l c .....................................................................................................................vii
Danh sách các từ vi t tắt và kỦ hi u ........................................................................... xi
Danh sách hình nh ................................................................................................. xiii
Danh sách b ng bi u ............................................................................................. xviii
Ch

ng 1:T NG QUAN .......................................................................................... 1

1.1.

Tổng quan chung ........................................................................................... 1

1.1.1.

Công ngh ép phun . ...................................................................................... 1

1.1.2.

Ph ơng pháp gia nhi t cho khuôn phun ép bằng khí nóng ........................... 2

1.2.


2.1.1.

Khái ni m chung v khuôn .......................................................................... 14

Trang vii


2.1.2.

K t c u chung 1 b khuôn ........................................................................... 14

2.1.3.

Phân lo i khuôn ép phun ............................................................................. 16

2.2.

Tổng quan v vật li u nh a sử d ng trong công ngh ép phun ................... 20

2.2.1.

Polymer ........................................................................................................ 21

2.2.2.

Phân lo i ...................................................................................................... 21

2.2.3.


ng ng ......................................................... 37

Ch

ng 3: PH

NG PHÁP THệ NGHI M VÀ MỌ PH NG ......................... 38

3.1.

Mô hình thí nghi m ..................................................................................... 38

3.1.1.

Mô hình Modun gia nhi t cho khuôn .......................................................... 38

3.1.2.

Nguyên lỦ ho t đ ng c a Modun gia nhi t. ................................................ 42

3.1.3.

Gi i thi u b khuôn thí nghi mμ .................................................................. 43

3.1.4.

K t c u khuôn .............................................................................................. 44

Trang viii



3.3.2.1. Thi t b thí nghi m ...................................................................................... 60
3.3.2.2. Qui trình th c hi n ép nh a ......................................................................... 60
3.3.2.3. Thí nghi m ép .............................................................................................. 61
Ch

ng 4: K T QU VÀ PHỂN TệCH ............................................................... 63

4.1.

K t qu , phân tích mô ph ng và thí nghi m đo nhi t .................................. 63

4.1.1.

Mô ph ng ..................................................................................................... 63

4.1.2.

Thí nghi m gia nhi t .................................................................................... 67

4.1.3.

So sánh nhi t c a mô ph ng và thí nghi m đo ............................................ 72

4.2.

K t qu , phân tích thí nghi m ép ................................................................. 76

4.2.1.


PH L C ................................................................................................................. 90

Trang x


DANH SÁCH CÁC CH
MỌ̣T SỌ́ KÝ HIệ̉U
Q :Nhi tl ợng
μH s dẫnnhi t
F:Di n tích b m tvuônggóc v iph ơngdẫnnhi t
τμTh igian
tT:Nhi tđ c avậtth
tL:Nhi tđ c al uch t(ch tl ngho c khí)
α:H s c pnhi t (h s tỷl )
dF:Di ntích
dτ:Th igian
E0:C

ngđ b cx

T:Nhi tđ tuy tđ ic a vậtth
C0:H s b cx c a vậtđentuy tđ i.
KRμ Gọilàh s truy n nhi ttrongt

ng ng.

�b : Gi i h n b n

e: Đ bi n d ng t ơng đ i
E: Modun đàn hồi

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
Hình 1.1: Máy ép phun

TRANG
2

Hình 1.2μ Ph ơng pháp gia nhi t bằng khí

3

Hình 1.3μ Các s n ph m nh a

4

Hình 1.4μ S n ph m không đi n đ y

5

Hình 1.5μ So sánh th i gian m t chu kỳ gia/gi i nhi t bằng khí và bằng n

c gi i

nhi t khác

6

Hình 1.6μ So sánh các thay đổi nhi t đ do gia nhi t bằng khí và n

c nóng. (m t


15

Hình 2.3μ C u t o khuôn 2 t m

17

Hình 2.4μ Khuôn 3 t m 2 lòng khuôn

18

Hình 2.5μ C u t o phân tử nh a PP

26

Hình 2.6μ C u t o phân tử nh a ABS

28

Hình 2.7 μ Nguyên lỦ dẫn nhi t

31

Trang xiii


Hình 2.8: T a nhi t đ i l u

32


40

i

Hình 3.3μ T m trung gian

41

Hình 3.4μ T m trên

41

Hình 3.5μ Đi n tr đ t nóng công su t 200 W

41

Hình 3.6μ B phận đi u khi n

42

Hình 3.7μ Ki u khuôn FUTABA SC.

43

Hình 3.8μ T m kẹp trên

44

Hình 3.9μ T m kẹp d



Hình 3.16μ Quá trình gi m áp c a dòng nh a

50

Hình 3.17: Kh i insert sau khi thi t k

51

Hình 3.18: Kh i insert sau khi gia công

51

Hình 3.19μ Mô ph ng dòng ch y c a khí

52

Hình 3.20μ Ti n trình gi i bái toán ANSYS – CFX

52

Hình 3.21μ Giao di n c n th c hi n c a CFX

53

Hình 3.22μ Kh i đ ng ph n m m

53

Hình 3.23μ Trình t thi t lập mô đun tính toán


58

Hình 3.31μ V trí c a khuôn trong quá trình gia nhi t

59

Hình 3.32μ Các v trí đo nhi t đ

60

Trang xv


Hình 4.1μ Phân b nhi t đ t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau và
nhi t đ kh i gia nhi t 200 0C

63

Hình 4.2μ Phân b nhi t đ t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau và
nhi t đ kh i gia nhi t 250 0C

64

Hình 4.3μ Phân b nhi t đ t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau và
nhi t đ kh i gia nhi t 300 0C

64

Hình 4.4μ Phân b nhi t đ t i lòng khuôn v i th i gian gia nhi t khác nhau và

gia nhi t

71

Hình 4.11μ So sánh nhi t đ gi a đo thí nghi m đ ợc và mô ph ng t i v trí 1

74

Hình 4.12μ So sánh nhi t đ gi a đo thí nghi m đ ợc và mô ph ng t i v trí 2

74

Hình 4.13μ So sánh nhi t đ gi a đo thí nghi m đ ợc và mô ph ng t i v trí 3

75

Trang xvi


Hình 4.14μ So sánh nhi t đ gi a đo thí nghi m đ ợc và mô ph ng t i v trí 4

75

Hình 4.15μ Chi u dài dòng ch y nh a v i chi u dày dòng ch y 0,2 mm và nhi t đ
khuôn thay đổi từ 300C đ n 1500C

77

Hình 4.16μ Chi u dài dòng ch y nh a v i chi u dày dòng ch y 0,4 mm và nhi t đ
khuôn thay đổi từ 300C đ n 1500C


85

Trang xvii


DANH SÁCH CÁC B NG
B NG

TRANG

B ng 2.1: Tỷ trọng m t s ng nguyên li u nh a thông d ng

24

B ng 2.2:B ng tra h s co rút c a m t s lo i nh a

24

B ng 3.1: Thông s kỹ thuật c a máy nén khí thí nghi m.

39

B ng 3.2: Thông s mô ph ng trên ph n m m

55

B ng 4.1: K t qu mô ph ng nhi t đ t i 4 v trítrên b m t lòng khuôn

66


83

Trang xviii


Ch

ng 1

T NG QUAN
1.1. T ng quan chung
1.1.1. Công ngh ép phun (Injection molding - British English: moulding).
Công ngh ép phun là công ngh phun nh a nóng ch y, đ ợc đ nh l ợng
chính xác vào trong lòng m t khuôn đóng kín v i áp l c cao, t c đ nhanh, sau m t
th i gian ngắn s n ph m đ ợc đ nh hình và s n ph m đ ợc l y ra ngoài. Ti p t c
m t chu kỳ ti p theo cho s n ph m th hai. Th i gian từ lúc đóng khuôn, phun
nh a, th i gian đ nh hình s n ph m, l y s n ph m ra kh i khuôn, đóng khuôn l i gọi
là m t chu kỳ c a m t l n ép s n ph m.
Ngoài nh ng đ c đi m trên, ph ơng phép ép phun còn có nh ng đ c đi m
sauμ S n ph m gia công khá chính xác theo 3 chi u, vì đ ợc t o hình trong khuôn
kín. Quá trình nh a hóa và t o hình đ ợc th c hi n trong 2 giai đo n riêng bi t,
trong nh ng b phận khác nhau c a máyμ nh a hóa trong xylanh nguyên li u và t o
hình trong khuôn đúc. Quá trình t o hình ch ti n hành sau khi làm khít hai nửa
khuôn l i v i nhau. Tùy theo lo i nguyên li u đúc, ch đ nhi t đ c a khuôn đúc
khác nhau.
Đ i v i nh a nhi t dẻo, nhi t đ c a khuôn th p hơn nhi t đ nh a l ng. Đ i
v i nh a nhi t rắn, nhi t đ khuôn cao hơn nhi t đ c a nh a l ng. Vùng t o hình
c a khuôn đư đ ợc l p đ y nguyên li u thì khuôn m i ch u tác d ng l c c a pittong
đúc gián ti p qua nh a l ng. Năng su t c a ph ơng pháp đúc d

 Kh năng t đ ng hóa và chi ti t có tính l p l i cao.
 S n ph m sau khi ép phun có màu sắc phong phú và đ nh n bóng b m t
cao nên không c n gia công l i.
 Phù hợp cho s n xu t hàng kh i và đơn chi c.
 Nh ợc đi mμ
 Máy ép, thi t b và các thi t b ph trợ đắt (chi phí cao).
 Khó ki m soát nhi t đ , đ nh t, áp su t trong quá trình ép phun.
 Đi u khi n quá trình khó khăn, máy móc không ph i luôn ho t đ ng t t.
1.1.2. Ph

ng pháp gia nhi t cho khuôn phun ép bằng khí nóng

Ph ơng pháp gia nhi t cho khuôn phun ép bằng khí nóng là ph ơng pháp
hoàn toàn m i, đ ợc ch t o thử đ u tiên

Vi t Nam. Ph ơng pháp này th c hi n

nh sauμ không khí đ ợc nén trong máy nén t o áp l c, sau khi ra kh i máy nén khí
đ ợc đi qua kh i thép đư đ ợc nung nóng. Khí đ ợc nung nóng trong kh i thép này,

Trang 2


khi khí đi ra kh i kh i gia nhi t đ ợc phun tr c ti p lên b m t khuôn đ gia nhi t
b m t khuôn.
u đi m c a ph ơng pháp nàyμ


-




1.2. Đặt vấn đ
S n ph m nh a hi n nay r t đa d ng, từ đơn gi n đ n ph c t p, từ kích th
l n đ n kích th

c

c nh . V i s phát tri n nh hi n nay c a xư h i, yêu c u m i v i

công ngh phun ép luôn đ ợc đ t ra,m t trong nh ng yêu c u c p thi t nh t làμ ch
t o các s n ph m nh a bằng công ngh ép phun v i b dày

nh hơn 1 mm ph c

v cho các chip sinh học, các thi t b quang họcầ

Hình 1.3μ Các s n ph m nh a
Trong quá trình nh ađi n vào khuôn v i s n ph m thành m ng, nh ng l p
nh a ti p xúc v i thành c a khuôn(b m t khuôn
trình đông l i

nhi t đ th p) s đông l i. Quá

b m t ti p xúc v i khuôn s làm gi m áp l c c a dòng nh a làm

cho nh a không đi n đ y đ ợc lòng khuôn.

Trang 4


c

gia nhi t và gi i nhi t cho khuôn.

Hình 1.5μ So sánh th i gian m t chu kỳ gia/gi i nhi t bằng khí
và bằng n

c gi i nhi t khác

2. Feasibility evaluation of gas-assisted heating for mold surface temperature
controlduring injection molding process.(Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien, SuHsia Lin, Ming-Chung Lin, Jen-An Chang Shia-Chung Chen, Rean-Der Chien,
Su-Hsia Lin, Ming-Chung Lin. International Communications in Heat and Mass
Transfer, vol 36. Page, pp 806-812, 2009)
K t luậnμvi c gia nhi t bằng khí nóng có t c đ tăng nhi t b m t khuôn từ
600C lên 1200C trong vòng 2 giây ( nghĩa là t c trung bình là 300C /giây) và c n
34 giây đ tr v 600C. Trong khi dùng các ch t làm l nh khác ph i m t t i 267
giây đ th c hi n m t chu trình.

Trang 6


Hình 1.6: So sánh các thay đổi nhi t đ do gia nhi t bằng khí và
n

c nóng. (m t chu kỳ nóng / làm mát).

Theo nghiên c u này, ng d ng cho b m t khuôn bằng t m nikenl là đ t
hi u qu cao nh t và có th

ng d ng trong công nghi p.

v i s gia tăng nhi t đ khuôn từ 1000C đ n 1600C. Tuy nhiên, khi nhi t đ đ t
đ n m t m c quan trọng c a giá tr kho ng 180 0C, đ nhám trung bình b m t c a
m t ph n đúc ti n v m c kho ng 5 m. Đồng th i, các ph n bọt nh a PC có th
đ ợc lo i b hoàn toàn n u nhi t đ khuôn cao hơn 1600C.

Hình 1.8: nh h

ng c a t c đ dòng ch y phun t i đ nhám b m t trong
đúc ép phun khuôn thành m ng

7. Investigation of

micro-injection moulding: Factors

affecting the

replication quality (B. Sha, S. Dimov, C. Griffiths, M.S. Packianather.. Journal of
Materials Processing Technology 183, 284–296 (2007))
8. Simulation and verification on rapid mold surface eating/cooling using
electromagnetic induction technology (Shia-Chung Chen*, Wen-Ren Jong, Jen-An
Trang 9


Chang and Hsin-Shu Peng.. 4th International Conference on Heat Transfer, Fluid
Mechanics and Thermodynamics Cairo, Egypt, 2005)
9. Rapid Mold Surface Heating/Cooling Using Electromagnetic Induction
Technology. (S. C. Chen, H. S. Peng, J. A. Chang and W.R. Jong. Department of
Mechanical Engineering, Chung Yuan Christian University, Taiwan, ROC.)
1.4. M c đích nghiên c u:
M c đích nghiên c u c a đ tài“Nghiên cứuảnh hưởng của phương pháp gia

NHI T

THI T K MÔ
HÌNH THÍ
NGHI M

THệ NGHI M
GIA NHI T

QUÁ TRÌNH
THệ NGHI M

THệ NGHI M
ÉP NH A

QUÁ TRÌNH
THệ NGHI M
ÉP

CHU N B
THệ NGHI M

ĐI U KHI N
KH I GIA
NHI T T I V
TRệ C N

CHU N B
THệ NGHI M


VẨ L Y S N
PH M

MÔ HÌNH
KHUÔN ÉP

ĐO NHI T Đ
VẨ GHI K T
QU

PHÂN TÍCH
K T QU THệ
NGHI M

Hình 1.9: L u đồ nhi m v th c hi n đ tài
- Th c hi n vi c thi t k ch t o khuôn thí nghi m và b gia nhi t khí nóng
cho khuôn thí nghi m.
- Th c hi n vi c phân tích nhi t b m t khuôn trên ph n m m ANSYS.
- Ti n hành thí nghi m đo đ t nhi t đ b m t khuôn đồng th i so sánh v i
k t qu phân tích ANSYS.
Trang 11


- Th c hi n ép nh a cho 2 lo i nh a

nh ng b dày khác nhau

nh ng

nhi t đ khác nhau.

c th i gian kh o sát là 5 giây.

- Xác đ nh chi u dài c a s n ph m nh a ng v i các nhi t đ b m t khuôn
khác nhau, th c hi n ép nh a trên máy ép phun t i phòng thí nghi m khuôn m u,
tr

ng Đ i học S ph m Kỹ thuật TP HCM.

1.6. Ph

ng pháp nghiên c u.

Đ tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp gia nhiệt bằng khí nóng đến
khả năng điền đầy lòng khuôn sản phẩm nhựa dạng thành mỏng”th c hi n bằng
nh ng ph ơng pháp nghiên c u sauμ
- Nghiên c u lỦ thuy t:nghiên c u các lỦ thuy t v công ngh ép phun, lỦ
thuy t truy n nhi t và lỦ thuy t v vật li u nh a. Mô ph ng gia nhi t trên ph n
m m.
- Nghiên c u, thí nghi m th c ti nμ ti n hành các thí nghi m liên quan nh
thí nghi m gia nhi t và thí nghi m ép phun.

Trang 12


- Ph ơng pháp phân tíchμ k t hợp lỦ thuy t và th c nghi m đ phân tích các
v n đ đư thu thập đ ợc. Phân tích nh ng d li u th c nghi m đ a ra k t qu
nghiên c u theo các đi u ki n ban đ u.

Trang 13