M CL C
TRANG T A
QUY T Đ NH GIAO Đ TÀI
Lụ L CH KHOA H C ............................................................................................... i
L I CAM ĐOAN .......................................................................................................ii
L IC M

N ........................................................................................................... iii

TịM T T ..................................................................................................................iv
M C L C ..................................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC CH

VI T T T ....................................................................xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH..................................................................................... xiii
DANH SÁCH CÁC B NG .................................................................................. xviii
DANH SÁCH CÁC BI U Đ ................................................................................ xx
Ch

ng 1 T NG QUAN ........................................................................................... 1
1.1 T NG QUAN V ÉP PHUN S N PHẨM NH A ................................. 1
1.1.1 Hi u sơ lược v công nghệ ép phun .................................................. 8
1.1.2 Cấu t o máy ép phun ......................................................................... 8
1.1.2.1 Hệ thống kẹp .......................................................................... 9
1.1.2.1.1 Đặc đi m hệ thống kẹp .............................................. 9
1.1.2.1.2 Ch c năng và cấu t o hệ thống kẹp ........................... 9
1.1.2.2 Hệ thống khuôn................................................................... 10
1.1.2.3 Hệ thống phun...................................................................... 11
1.1.2.3.1 Phễu cấp liệu (hopper) ............................................. 11
1.1.2.3.2 Khoang ch a liệu (barrel) ........................................ 11

1.2.1 Trên thế giới..................................................................................... 18
1.2.2 T i Việt Nam ................................................................................... 19
1.2.3 Tính cấp thiết c a đ tài................................................................... 20
1.2.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn c a đ tài ........................................ 20
1.2.4.1 Ý nghĩa khoa học ................................................................. 20
1.2.4.2 Ý nghĩa thực tiễn.................................................................. 20
1.2.5 Mục đích c a đ tài.......................................................................... 20
1.2.6 Đối tượng nghiên c u ...................................................................... 20
1.2.7 Nhiệm vụ c a đ tài và giới h n đ tài ............................................ 21
1.2.7.1 Nhiệm vụ c a đ tài ............................................................. 21
1.2.7.2 Giới h n đ tài...................................................................... 21
1.2.8 Phương pháp nghiên c u ................................................................. 21
Ch

ng 2 C

S

Lụ THUY T ............................................................................. 22

2.1 THI T K S N PHẨM ........................................................................... 22
2.1.1 Giới thiệu chi tiết ............................................................................. 22
2.1.2 Các bước thiết kế s n phẩm ............................................................. 22
2.1.3 Đặc tính vật liệu, khối lượng, th tích s n phẩm ............................ 24
2.1.3.1 Đặc tính vật liệu chế t o ...................................................... 24
2.1.3.2 Khối lượng và th tích ......................................................... 24
vii


2.1.3.3 G c thoát khuôn c a s n phẩm............................................ 25

2.3.4 Hai tấm kẹp ...................................................................................... 37
2.3.4.1 Tấm kẹp trên ........................................................................ 38
2.3.4.2 Tấm kẹp dưới ....................................................................... 38
2.3.5 Vòng định vị .................................................................................... 39
2.3.6

c cuống phun ............................................................................... 39

2.3.7 Khối chèn vào t i kênh d n và miệng phun (Gate AL và Gate
POM) ......................................................................................................... 40
2.3.7.1 Gate AL ................................................................................ 40
2.3.7.2 Gate POM ............................................................................ 41
2.3.8 ộ khuôn sau khi l p ráp ................................................................. 41

viii


2.3.9 Gá khuôn lên máy ................................................................... 42
2.3.10 Thiết kế hai gối đ ................................................................ 42
2.3.11 ộ khuôn hoàn chỉnh ............................................................ 43
2.4 QUÁ TRÌNH ÉP ........................................................................................ 43
2.4.1 Giới thiệu v máy ép được s dụng ................................................ 43
2.4.2 Thiết lập thông số máy ép ............................................................... 45
2.4.2.1 Vận tốc phun nhựa ............................................................... 45
2.4.2.2 Vận tốc quay trục vít đ lấy nhựa ........................................ 45
2.4.2.3 Áp suất kẹp khuôn ............................................................... 45
2.4.2.4 Nhiệt độ sấy c a nhựa.......................................................... 45
2.4.3 Ép s n phẩm ..................................................................................... 45
2.4.3.1 Nhiệt độ 1800C, áp suất 75 bar ............................................ 45
2.4.3.2 Nhiệt độ 1900C, áp suất 55 bar ............................................ 45

TI T ........................................................................................................................... 57
3.3.1 Xét

nhiệt độ 2000C ....................................................................... 57

3.3.2 Xét

nhiệt độ 2050C ....................................................................... 58

3.3.3 Xét

nhiệt độ 2150C ....................................................................... 60

3.4. TỊM NHI T Đ VÀ ÁP SU T Cị SAI L CH KệCH TH
C NH
NH T ......................................................................................................................... 61
3.5 Tìm ph

ng trình h i quy ........................................................................ 64

3.5.1 T i kho ng cách 40 mm .................................................................. 64
3.5.2 T i kho ng cách 60 mm .................................................................. 64
3.5.3 T i kho ng cách 80 mm .................................................................. 64
3.5.4 T i kho ng cách 100 mm ................................................................ 65
3.6 NH N XÉT K T QU X

Lụ S

LI U ............................................. 65


Ch

ng 5 K T LU N ............................................................................................. 87

5.1 NH H
NG C A NHI T Đ VÀ ÁP SU T Đ N KệCH TH
C
S N PHẨM ............................................................................................................... 87
5.2 K T QU PHỂN TệCH MỌ PH NG B NG PH N M M SO V I
S N PHẨM TH C T ........................................................................................... 87
TÀI LI U THAM KH O ....................................................................................... 88

xi


DANH SÁCH CÁC CH
CAE:

Computer Aided Engineering

PP:

Polypropylen

PE:

Polyetylen

HDPE:


Hình 1.15 Nguyên lý ho t động c a máy ép phun [1] ...............................................17
Hình 1.16 V hộp máy quay camera [11] ..................................................................19
Hình 2.1 Chi tiết .........................................................................................................22
Hình 2.2

n v chi tiết ..............................................................................................22

Hình 2.3 Lệnh extrude ................................................................................................23
Hình 2.4 S n phẩm .....................................................................................................23
Hình 2.5 Hộp tho i Mass properties ..........................................................................24
Hình 2.6 Extrude Surface ...........................................................................................25
Hình 2.7 Vào môi trư ng tách khuôn ........................................................................26
Hình 2.8 L p chi tiết vào môi trư ng tách khuôn ......................................................26
Hình 2.9 T o phôi .......................................................................................................27
Hình 2.10 Nhập hệ số co r t.......................................................................................27
Hình 2.11 Lòng khuôn đ được tách ..........................................................................27

xiii


Hình 2.12 Kích thước lòng khuôn ..............................................................................28
Hình 2.13 Kích thước Gate [2] ...................................................................................29
Hình 2.14 Kênh d n tròn [2] ......................................................................................30
Hình 2.15 Cuống phun [2]..........................................................................................30
Hình 2.16

c cuống phun .........................................................................................30

Hình 2.17 Hình nh thực tế b c cuống phun .............................................................31
Hình 2.18 Hệ thống d n hướng [2] ............................................................................31

Hình 2.43 Hai gối đ ..................................................................................................42
Hình 2.44 ộ khuôn đ được gá hai gối bên dưới .....................................................43
Hình 2.45 Máy ép nhựa .............................................................................................43
Hình 2.46 Khi ép

1800C, áp suất 75 bar .................................................................45

Hình 2.47 Khi ép

1900C, áp suất 55 bar .................................................................45

Hình 2.48 Khi ép

1900C, áp suất 75 bar .................................................................46

Hình 2.49 Khi ép

1950C, áp suất 55 bar .................................................................46

Hình 2.50 Khi ép

2000C, áp suất 55 bar .................................................................46

Hình 2.51 Khi ép

2000C, áp suất 75 bar .................................................................47

Hình 2.52 Khi ép

2050C, áp suất 45 bar .................................................................47


2150C, áp suất 75 bar .................................................................50

Hình 2.61 Khi ép

2150C, áp suất 80 bar .................................................................50

Hình 3.1 Thước kẹp điện t .......................................................................................51
Hình 3.2 Khi ép

2000C, áp suất 55 bar ...................................................................54

Hình 3.3 Khi ép

1900C, áp suất 55 bar ...................................................................54

Hình 4.1 S n phẩm .....................................................................................................66
Hình 4.2 Lưu file .igs .................................................................................................66
Hình 4.3 Chọn ki u Import ........................................................................................67
Hình 4.4 Kết qu mesh ...............................................................................................67
Hình 4.5 Chọn quá trình phân tích .............................................................................67
xv


Hình 4.6 Chọn vật liệu ...............................................................................................68
Hình 4.7 Chọn vị trí vào nhựa ....................................................................................68
Hình 4.8 Nhiệt độ gia công ........................................................................................69
Hình 4.9 Áp suất gia công ..........................................................................................69
Hình 4.10 Th i gian đi n đầy.....................................................................................70
Hình 4.11 Lệch theo hướng X ....................................................................................70

Hình 4.39 Lệch theo hướng X ....................................................................................84
Hình 4.40 Th i gian đi n đầy.....................................................................................85
Hình 4.41 Lệch theo hướng X ....................................................................................85

xvii


DANH SÁCH CÁC B NG
ng 1.1 Tính chất vật liệu Polypropylene..................................................................4
ng 1.2 Các thông số quá trình và m c độ ................................................................4
ng 1.3 ố trí trực giao L27 ......................................................................................4
ng 1.4 Giá trị co rút và tỉ số S/N cho nhựa PP ........................................................6
ng 1.5 Đáp ng c a tỉ số S/N cho nhựa PP .............................................................6
ng 2.1 Thông số kỹ thuật c a máy .........................................................................44
ng 3.1 Kích thước cách miệng phun 40 mm, áp suất 55 bar .................................52
ng 3.2 Kích thước cách miệng phun 60 mm, áp suất 55 bar .................................52
ng 3.3 Kích thước cách miệng phun 80 mm, áp suất 55 bar .................................52
ng 3.4 Kích thước cách miệng phun 100 mm, áp suất 55 bar ...............................53
ng 3.5 Kích thước cách miệng phun 40 mm, áp suất 75 bar .................................55
ng 3.6 Kích thước cách miệng phun 60 mm, áp suất 75 bar .................................55
ng 3.7 Kích thước cách miệng phun 80 mm, áp suất 75 bar .................................55
ng 3.8 Kích thước cách miệng phun 100 mm, áp suất 75 bar ...............................56
ng 3.9 Kích thước chi tiết t i nhiệt độ 2000C với áp suất 55 và 75 bar ................57
ng 3.10 Kích thước cách miệng phun 40 mm, nhiệt độ 2050C .............................58
ng 3.11 Kích thước cách miệng phun 60 mm, nhiệt độ 2050C .............................58
ng 3.12 Kích thước cách miệng phun 80 mm, nhiệt độ 2050C .............................59
ng 3.13 Kích thước cách miệng phun 100 mm, nhiệt độ 2050C ...........................59
ng 3.14 Kích thước cách miệng phun 40 mm, nhiệt độ 2150C ............................60
ng 3.15 Kích thước cách miệng phun 60 mm, nhiệt độ 2150C .............................60
ng 3.16 T ng hợp các kích thước

i u đồ 3.4 Kích thước trung bình t i các đi m cách miệng phun 40 mm, 60
mm, nhiệt độ 2150C ....................................................................................................61

xx


ng 1

Ch

T NG QUAN
1.1 T NG QUAN V ÉP PHUN S N PHẨM NH A
- Ép phun là một quá trình nhi u thách th c đối với các nhà s n xuất và
nghiên c u đ t o ra các s n phẩm đ t yêu cầu với chi phí thấp nhất. Một trong
nh ng mục tiêu chính c a công nghệ ép phun là nâng cao chất lượng c a s n phẩm
nhựa đồng th i r t ng n chu kỳ ra s n phẩm, gi m chi phí s n xuất.
- Các yếu tố nh hư ng đến s n phẩm nhựa bao gồm: thiết kế chi tiết, thiết kế
khuôn, gia công khuôn và đi u kiện ép phun.
- Một trong nh ng vấn đ quan trọng trong ép phun nhựa là độ chính xác
kích thước s n phẩm. Kích thước s n phẩm phụ thuộc vào ba yếu tố:
+ Lo i nhựa và chất phụ gia
+ Hệ số co r t khi thiết kế khuôn
+ Thông số ép phun
- Khi bộ khuôn đ được hoàn thiện, chất lượng s n phẩm s phụ thuộc vào
thông số ép phun. Khi đ kích thước s n phẩm chỉ c th đi u chỉnh bằng cách thay
đ i thông số ép phun.
- Với các lo i khuôn ép phun và các vật liệu nhựa thông dụng, kích thước s n
phẩm bị nh hư ng b i độ co r t c a nhựa. Trong khi đ , độ co r t s thay đ i theo
các hướng và vị trí khác nhau khi thông số ép phun thay đ i.
- Việc tối ưu h a các thông số quá trình ép phun c

thiết kế và phát tri n s n phẩm và quá trình s n xuất. Trong nhi u năm qua đ c
nhi u sự phát tri n trong quy ho ch thực nghiệm, đi c ng với sự lớn m nh c a
nh ng ng dụng trong kỹ thuật. Nh ng lĩnh vực ng dụng quy ho ch thực nghiệm
tiêu bi u bao gồm đặc tính h a s n phẩm và quá trình, đi u khi n và n định, tối ưu
h a quá trình và thiết kế quá trình và s n phẩm đ đ t sự b n v ng. Phương pháp
quy ho ch thực nghiệm ph hợp với tối ưu h a các thông số c a quá trình ép phun.
Sự phát tri n hiện t i c a quy ho ch thực nghiệm thống kê đ tr i qua bốn kỷ
nguyên. Kỷ nguyên nông nghiệp đầu tiên được d n d t b i R. A. Fisher trong nh ng năm
1920 và 1930. Kỷ nguyên th hai hay kỷ nguyên công nghiệp được xúc tiến b i sự phát
tri n c a phương pháp b mặt đáp ng (RSM) c a Box và Wilson (1951). Sự quan tâm
ngày càng tăng c a n n công nghiệp phương Tây trong c i tiến chất lượng b t đầu trong
nh ng năm 1970 báo hiệu kỷ nguyên th ba c a quy ho ch thống kê. Công việc c a giáo
sư Genechi Taguchi c nh ng nh hư ng quan trọng trong việc m rộng sự quan tâm và
ng dụng quy ho ch thực nghiệm. Kỉ nguyên th tư là sự phát tri n nh ng phương pháp
thay thế phương pháp Taguchi đ nâng cao hiệu qu trong ng dụng thực tiễn.
Trước đây các kĩ sư s n xuất s dụng phương pháp th sai đ xác định các thiết lập
thông số tối ưu cho quá trình ép phun. Tuy nhiên phương pháp này không thích hợp cho
quá trình ép phun hiện t i b i vì sự ph c t p ngày càng tăng trong thiết kế s n phẩm.

2


Các nghiên c u tối ưu h a thông số ép phun hiện t i thư ng ng dụng phương pháp
Taguchi, s dụng một bố trí đặc biệt các d y trực giao đ nghiên c u toàn bộ không gian
các yếu tố với một số lượng nh các thí nghiệm. Tuy nhiên phương pháp này c ng c một
số nhược đi m.
Phương pháp Taguchi thực hiện tối ưu h a một thiết kế quá trình hay s n phẩm và
dựa trên ba giai đo n như sau:
a.


quan c a s n phẩm s dụng phương pháp Taguchi. Tập trung vào sự co r t với ba
đặc tính gồm: khối lượng, đư ng hàn và vết lõm.

3


- Mohd. Muktar Alam, Deepak Kumar [10] đ tiến hành gi m co r t trong ép
phun s dụng phương pháp Taguchi cho đầu đèn Tata Magic làm từ nhựa PP.
Trong nghiên c u này các thông số ép phun như nhiệt độ phun, áp suất phun, áp
suất đ ng khuôn và th i gian đ ng khuôn được lấy đ c được sự kết hợp tốt nhất
nhằm tối ưu h a quá trình. Tỉ số S/N được d ng đ đ t được bộ thông số quá trình
tối ưu.
Thực nghiệm được bố trí với 4 yếu tố thông số và 3 m c độ: nhiệt độ phun,
áp suất phun, áp suất đ ng khuôn và th i gian đóng khuôn.

Density(g/cm3 )
0.90-0.91
Melt flow index( g per 10 10.78
min )
Modulus
of elasticity( MPa) 4100
Charpy impact toughness( 1.4-1.8
KJ/m2)
ng 1.1 Tính chất vật liệu Polypropylene

S.No
1
2
3
4


35

45

60

5

8

10

ng 1.2 Các thông số quá trình và m c độ

Deney
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3

1
2
3
1
2
3
1
2
3

2
3
1
2
3
1
2
2
3
1
2
3
1
2
3
1

1
2
3
2
3
1
3
1
2
1
2
3
2

chuẩn thấp hơn thì tốt hơn (L ) được áp dụng và tính toán:
S/N = -10 Log10 (1/n∑1/yi2)
Trong đ yi là đặc tính chất lượng c a thí nghiệm th i , n là số lần lặp l i.
Melt
Injection Packing Packing
temperature pressure pressure
time
(ºC)

(MPa)

(MPa)

(s)

220
220
220
220
220
220
220
220
220
250
250
250
250
250
250

70
55

35
45
60
35
45
60
35
45
60
60
35
45
60
35
45
60
35
45
45
60
35
45
60

5
8
10

1.658
1.452
1.224
1.423
1.743
1.537
1.213
1.433
1.563
1.145
1.573
1.723
1.321
1.543
1.345
1.532
1.213
5

Trial
1.763
1.386
1.132
1.582
1.562
1.368
1.542
1.564
1.383
1.386

1.198
1.663
1.483
1.289
1.373
1.278
1.576
1.116

Average Shrinkage S/N (dB)
(%) PP
PP

1.776
1.443
1.180
1.682
1.542
1.447
1.654
1.476
1.297
1.379
1.741
1.463
1.178
1.384
1.522
1.191
1.693



280
280
280
280

65
70
55
65

35
45
60
35

5
10
5
8

1.642
1.234
1.473
1.379

1.735
1.198
1.386

(MPa)

Packing time
(s)

S. No.

Melt
temperature A
(ºC)

Level 1

-3.456

-3.596

-3.913

-3.603

Level 2

-3.229

-2.799

-3.276

-3.297



Hình 1.2 Tỉ số S/N với áp suất phun

Hình 1.3 Tỉ số S/N với với áp suất đ ng khuôn

Hình 1.4 Tỉ số S/N với th i gian gi
- Qua các nghiên c u như trên, phương pháp quy ho ch thực nghiệm thống
kê c một vai trò quan trọng trong công nghiệp. Một trong nh ng ng dụng quan
trọng nhất c a phương pháp là tối ưu h a các quá trình s n xuất.
- Do yêu cầu c a thị trư ng và ngư i tiêu d ng, các s n phẩm nhựa ngày
càng c các kết cấu, hình d ng ph c t p hơn, độ chính xác cao hơn.

7


- Vì vậy, nhằm nâng cao chất lượng s n phẩm nhựa bằng cách tối ưu h a các
thông số ép phun ng dụng phương pháp quy ho ch thực nghiệm, đ tài “Tối ưu
h a quá trình phân tích mô ph ng ép phun s n phẩm nhựa bằng phương pháp quy
ho ch thực nghiệm” được đ xuất nhằm:
+ Nâng cao chất lượng s n phẩm nhựa với nhi u yêu cầu s n phẩm đặt ra.
+ C i thiện quá trình ép phun.
+ Tăng kh năng ng dụng phương pháp quy ho ch thực nghiệm trong việc
tối ưu hóa quá trình ép phun.
1.1.1 Hi u s

c v công ngh

p phun


Hình 1.7 Cụm đẩy c a máy [1]
9


- Cụm đẩy c a máy (Machine ejector): Gồm xylanh th y lực, tấm đẩy và cần
đẩy, chúng có ch c năng t o ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn đ đẩy s n
phẩm r i kh i khuôn.
- Cụm kìm (Clamp cylindero): Thư ng có 2 lo i chính, đ là lo i d ng cơ
cấu khuỷu và lo i dùng các xylanh th y lực. Hệ thống này có ch c năng cung cấp
lực đ đ ng m khuôn và gi đ khuôn đ ng trong suốt quá trình phun.

Hình 1.8 Cụm kìm [1]
- Tấm di động (moverable platen): Là một tấm thép lớn với b mặt có nhi u
lỗ thông với tấm di động c a khuôn. Chính nh các lỗ thông này mà cần đẩy có th
tác động lực đẩy trên khuôn. Ngoài ra, trên tấm di động còn có các lỗ ren đ kẹp
tấm di động c a khuôn. Tấm này di chuy n tới lui dọc theo 4 thanh nối trong quá
trình ép phun.
- Tấm cố định (Stationary platen): Là một tấm thép lớn có nhi u lỗ thông với
tấm cố định c a khuôn. Ngoài 4 lỗ d n hướng và các lỗ c ren đ kẹp tấm cố định c a
khuôn tương tự như tấm di động, tấm cố định còn có thêm lỗ vòng định vị đ định vị
tấm cố định c a khuôn và đ m b o sự thẳng hàng gi a cần đẩy và cụm phun.
- Nh ng thanh nối (Tie bars): Có kh năng co gi n đ chống l i áp suất phun
khi kìm t o lực. Ngoài ra còn có tác dụng d n hướng cho tấm di động.
1.1.2.2 H th ng khuôn
Sau khi nhựa nóng ch y được phun vào khuôn, lực ép khuôn ph i đ lớn đ
đ ng khuôn tới khi nào nhựa nguội và đ ng r n sau đ khuôn được m đ lấy s n
phẩm ra.

10