TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
HỆ THỐNG LÀM NGUỘI KHUÔN ÉP PHUN
THEO CÔNG NGHỆ CAE
Nguyễn Nhất Thụ
Đại học sư phạm kỹ thuật Tp. HCM

TÓM TẮT
Qui trình làm nguội khuôn trong một chu kỳ ép phun là giai đoạn đặc biệt quan trọng để
tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Vì thời gian làm nguội chiếm hơn 70% thời gian chu kỳ ép
phun, nên tính toán thiết kế hợp lý hệ thống làm nguội sẽ đáp ứng được thời gian làm nguội theo
yêu cầu kỹ thuật và tăng năng suất gia công chế tạo sản phẩm do rút ngắn được thời gian chu kỳ
Mặt khác, các khuyết tật không mong muốn chẳng hạn như các vết lõm, co rút không đồng
đều, ứng suất dư do phân bố nhiệt, biến dạng sản phẩm là do thiết kế hệ thống làm nguội không
hợp lý. Các khuyết tật này có thể được hạn chế hoặc thậm chí được loại bỏ thông qua việc tính toán
sắp xếp các kênh làm nguội hợp lý hơn và phối hợp với các điều kiện qui trình ép phun tốt nhất.
Trong đề tài này, người nghiên cứu đã tìm hiểu các vấn đề về làm nguội khuôn để từ đó đề
ra qui trình tính toán thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAE với mục
đích là: “Phân bố nhiệt độ đồng đều trên sản phẩm”.

ABSTRACT
Mold cooling process of an injection molding cycle is critical from the viewpoint of
productivity and quality of molded part. Because cooling – time occupies more than 70 percent of
the entire molding cycle, so efficient cooling system cut down cooling – time required and improve
molding productivity by shortening the cycle time.
On the other hand, undesired defects such as sink marks, differential shrinkage, thermal
residual stress built-up, as well as part warpage are attributed to poor cooling system design. These
defects can be relieved or even be eliminated through a proper arrangement of cooling channels and
the best combination of process conditions.
In this study, the writer has studied of the cooling problem to get up the calculating design
process of cooling system in injection mold rely on CAE technology with the purpose is that:
“Uniform distribution of heat on the parts”.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Để giải quyết bài toán nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thời gian và chi phí sản xuất, ở
nước ta cũng như các nước trên thế giới đã và đang sử dụng các công cụ mô phỏng CAE để mô
phỏng các quá trình cấp nhựa, làm nguội, … Việc ứng dụng công nghệ CAE cho phép dự đoán
được các điều kiện kỹ thuật cần thiết cho quá trình sản xuất, để điều chỉnh hình học sản phẩm, thay
đổi kết cấu khuôn trước khi chế tạo thật sự, hay lựa chọn chế độ gia công một cách hợp lý nhất.
Việc thiết kế hệ thống làm nguội ở các doanh nghiệp sản xuất chế tạo khuôn mẫu của Việt
Nam chủ yếu thực hiện theo kinh nghiệm, mang tính thủ công, chưa ứng dụng công nghệ CAE để
hỗ trợ quá trình thiết kế, do đó khó có thể đánh giá một cách chính xác ảnh hưởng của hệ thống làm
nguội đến quá trình ép phun trước khi sản xuất, chế tạo khuôn và ép thử sản phẩm.
Mục đích của bài báo là nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống làm nguội khuôn ép phun
theo công nghệ CAE và phân tích mô phỏng tính chính xác bằng phần mềm hỗ trợ Moldex3D R8.0.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tham khảo các tài liệu từ internet, sách và tạp chí.
Vận dụng cơ sở lý thuyết truyền nhiệt trong khuôn ép phun để xác lập các thông số của quá
trình làm nguội. Trên cơ sở đó tính toán các kích thước và bố trí kênh làm nguội.
Thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAE cho một bộ sản phẩm cụ thể.
Trang 1


Phân tích, mô phỏng các kết quả bằng phần mềm hỗ trợ (CAE).
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.1. Tổng quan phương pháp thiết kế hệ thống làm nguội khuôn ép phun
Chu trình gia công sản phẩm nhựa nhiệt dẻo theo công nghệ ép phun, cơ bản được thực hiện
qua 3 giai đoạn theo trình tự: đóng – mở khuôn, phun nhựa lỏng vào khoang tạo hình và làm nguội
khuôn. Trong đó giai đoạn làm nguội chiếm khoảng 2/3 thời gian chu kỳ cho một lần ép phun.

Hình 1 Mô tả cấu trúc cơ bản của hệ thống làm nguội
Nguyên lý hoạt động (hình 1): Hệ thống làm nguội là một chu trình khép kín. Chất lỏng làm
nguội từ bồn chứa (H) đã được bộ giải nhiệt đưa đến nhiệt độ yêu cầu, sau đó được bơm (G) đưa

vào bộ phân phối (E). Từ bộ phân phối, chất lỏng làm nguội được đưa vào các kênh làm nguội (A)
để thực hiện việc giải nhiệt. Trong kênh làm nguội, nhờ vận tốc do bơm tạo ra, chất làm nguội tuần
hoàn xung quanh lòng khuôn làm nhiệm vụ giải nhiệt. Sau đó chất làm nguội được tập hợp lại trong
bộ góp (D). Cuối cùng được đưa trở về bồn chứa chuẩn bị cho chu trình tiếp theo.
Hai yếu tố cơ bản quyết định đến hiệu quả của hệ thống làm nguội là:
 Phương pháp thiết kế hệ thống kênh dẫn chất làm nguội
- Xác định không gian bố trí hệ thống kênh làm nguội
- Xác định kích thước kênh làm nguội
- Bố trí hệ thống kênh làm nguội vào trong khuôn


-

(a)
(b)
Hình 2 Hai loại cấu hình chính của kênh làm nguội
Nguyên tắc xác lập chế độ làm nguội
Xác định nhiệt độ chất làm nguội
Xác địmh loại chất làm nguội
Xác định vận tốc dòng chảy chất làm nguội
Chú ý đến sự sụt áp chất làm nguội trong kênh làm nguội
Trang 2


Hình 3 Dòng chảy tầng (trái) và dòng chảy rối (phải)
Hệ thống kênh dẫn chất làm nguội thường được thiết kế theo hai phương pháp: Thiết kế
theo kinh nghiệm và thiết kế có sự hỗ trợ của công nghệ CAE [1]:
 Phương pháp thiết kế truyền thống chủ yếu dựa trên kinh nghiệm sản xuất, qui trình thiết
kế cứ lặp đi lặp lại giữa ép thử và điều chỉnh, mất nhiều thời gian, chi phí và công sức, từ đó tăng
giá thành sản phẩm lên rất nhiều. Mặt khác, do không dự đoán được chính xác các thông số của hệ

thống làm nguội, nên kết quả thiết kế có độ tin cậy không cao.
 Với sự hỗ trợ phân tích của phần mềm CAE, người thiết kế có thể biết trước ảnh hưởng
của hệ thống làm nguội đến quá trình ép phun, có thể dự đoán được các khuyết tật có thể xảy ra để
có giải pháp thiết kế hợp lý.
Ví dụ như kết quả phân tích mô phỏng hệ thống làm nguội trên phần mềm Moldex3D ở
hình sau, có thể hỗ trợ ra quyết định thiết kế:

(a)
(b)
(c)
Hình a: Phân bố nhiệt độ trên sản phẩm sau khi ép phun, giúp định hướng việc phân bố hệ
thống làm nguội.
Hình b: Phân bô nhiệt trên kênh làm nguội, thể hiện hiệu suất giải nhiệt.
Hình c: Phân bố nhiệt độ trên sản phẩm sau khi làm nguội, giúp đánh giá hiệu quả hệ
thống làm nguội.
3.2 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết truyền nhiệt – Xác định kích thước – Bố trí kênh làm nguội
3.2.1. Tổng quan về quá trình truyền nhiệt trong khuôn ép phun
Để lấy đi lượng nhiệt từ nhựa chảy dẻo, khuôn được thiết kế hệ thống kênh làm nguội. Quá
trình làm nguội bắt đầu khi khoang tạo hình được điền đầy cho đến khi mở khuôn và sản phẩm
được lấy ra. Thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn phải phụ thuộc vào bề dày của sản phẩm với
thời gian làm nguội là ngắn nhất cho đến khi nhiệt độ nhựa chảy dẻo đạt đến nhiệt độ mở khuôn.
Trong trường nhiệt ổn định, nhiệt lượng được đưa vào khuôn và nhiệt lượng được lấy đi
phải cân bằng nhau [3].
Chúng ta có: Q  Q  Q  Q 0
KS

E

AD


C

Trong thực tế, sau khi ổn định quá trình ép phun thì sự trao đổi nhiệt trong khuôn chủ yếu là
quá trình truyền nhiệt từ nhựa nóng chảy sang khuôn Q KS và lượng nhiệt này được lấy đi bởi hệ
thống làm nguội Q .
C

Khi đó nhiệt lượng trao đổi giữa nhựa nóng chảy và vật liệu khuôn thông qua sự dẫn nhiệt
được biểu diễn dưới dạng phương trình Fourier ba chiều như sau:
Trang 3


Q&KS
Q

Q AD
Q AD

  2T  2 T  2 T 
T
k  2  2  2 
t
y
z 
 x
Q C
Q&C
Vì các sản phẩm nhựa chủ yếu có thành
mỏng,
do

đó sự truyền nhiệt theo hướng mặt

Q AD
bên tương đối nhỏ so với hai mặt trên và dưới
nên có thể bỏ qua. Khi đó phương trình Fourier
ba chiều được rút gọn thành phương trình
Fourier một chiều như sau:
T
 2T
C P
k 2
t
x
Phương trình trên mô tả quá trình làm
Q E
nguội của sản phẩm nhựa trong khuôn ép phun,
cụ thể là quá trình trao đổi nhiệt theo hướng bề
Hình 4 Thể hiện quá trình truyền nhiệt trong
dày sản phẩm thông qua quá trình dẫn nhiệt
khuôn ép phun
giữa nhựa nóng chảy dẻo và vật liệu khuôn.
Nhiệm vụ của hệ thống làm nguội là lấy đi hết nhiệt lượng này thông qua quá trình trao đổi
nhiệt đối lưu cưỡng bức giữa khuôn với các kênh làm nguội.
3.2.2. Cơ sở xác định kích thước – Bố trí kênh làm nguội
 Xác định đường kính kênh làm nguội (dC)
Trong những trường hợp thông thường, đường kính kênh làm nguội được chọn d C ≈ Ø10 ÷
Ø14 mm [2]. Việc chọn đường kính kênh làm nguội phụ thuộc chủ yếu vào không gian giới hạn bởi
kích thước tấm khuôn và không gian bố trí cụ thể.
 Tính khoảng cách giữa kênh làm nguội với bề mặt khuôn (l)
AD


C P

b: Khoảng cách giữa hai kênh làm nguội (m)

TW

l: Khoảng cách giữa kênh làm nguội và bề mặt
khuôn (m)

ΔT1

TCW

ΔT2
TC

dC: Đường kính kênh làm nguội (m)
TC: Nhiệt độ chất làm nguội (0C)
TW: Nhiệt độ bề mặt khuôn (0C)
TCW: Nhiệt độ bề mặt kênh làm nguội (0C)
∆T1 = TW - TCW: Chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt
khuôn và bề mặt kênh làm nguội (0C).
∆T2 = TCW - TC: Chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt
kênh làm nguội và chất làm nguội (0C).

Trước tiên chúng ta xác định mật độ dòng nhiệt từ bề mặt khuôn truyền cho bề mặt kênh
làm nguội, sau đó xác định mật độ dòng nhiệt từ bề mặt kênh làm nguội truyền cho chất làm nguội.
Để đảm bảo hiệu quả làm nguội thì hai giá trị này phải bằng nhau, dựa vào quan hệ đó chúng ta sẽ
tính được khoảng cách l giữa kênh làm nguội và bề mặt khuôn.

 Tính khoảng cách giữa hai kênh làm nguội (b)
Mục đích của việc thiết kế hệ thống làm nguội không chỉ để giải nhiệt cho sản phẩm mà còn
phải chú ý đến việc giải nhiệt sao cho đồng đều để sản phẩm ít bị cong vênh, biến dạng. Tuy nhiên
trong thực tế luôn tồn tại giá trị sai lệch gọi là sai số làm nguội j [4]. Giá trị này được định nghĩa là
độ chênh lệch về giá trị mật độ dòng nhiệt khi truyền từ bề mặt khuôn cho bề mặt kênh làm nguội:
Trang 4


j 2,4 Bi

0 , 22

b
 
l

2 ,8.k

Khi xác định được tỉ số b / l , kết hợp với giá trị l tính được ở bước trên, chúng ta sẽ xác
định được giá trị b.
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.1. Kết quả tính toán
Khuôn Nắp – Vành Bàn Cầu được chế tạo bằng nhựa PP. Tra thông số vật liệu từ cơ sở dữ
liệu của phần mềm Modex3D, chúng ta có các đặc tính của nhựa PP ở nhiệt độ T = 2300C như sau:





Nhiệt dung riêng: Cp = 3200 (J/kg0C)

Khối lượng riêng: ρ = 0,83 (g/cm3) = 830 (kg/m3)
Hệ số dẫn nhiệt: k = 0,16 (W/m0C)

Các thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình phun ép của nhựa:






Nhiệt độ nhựa nóng chảy: TM = 2300C
Nhiệt độ bề mặt khuôn: TW = 500C
Nhiệt độ mở khuôn: TE = 930C
Nhiệt độ làm nguội: TF = 1700C

Vật liệu khuôn được chọn để thiết kế khuôn cho sản phẩm là thép P20 với các thông số sau:





Khối lượng riêng: ρ = 7,8 (g/cm3) = 7800 (kg/m3)
Hệ số dẫn nhiệt: kW = 29 (W/m0C)
Nhiệt dung riêng: CP = 460 (J/kg0C)

Chất làm nguội trong trường hợp này là nước, với các thông số cơ bản như sau:







Khối lượng riêng: ρ = 0,988 (g/cm3) = 988 (kg/m3)
Hệ số dẫn nhiệt: kC = 0,61 (W/m0C)
Nhiệt dung riêng: CP = 4180 (J/kg0C)
Nhiệt độ nước làm nguội: TC = 250C

Với các thông số đầu vào đã xác định, chúng ta áp dụng qui trình tính toán xác định kích
thước và bố trí kênh làm nguội theo trình tự các bước sau:
 Đây là khuôn lớn (1200mm x 650mm x 200mm), không gian bố trí rộng nên chọn đường
kính kênh làm nguội là Ø14 mm.
 Khoảng cách kênh làm nguội và bề mặt khuôn (l)
Để tính được l, chúng ta còn phải xác định hệ số trao đổi nhiệt của nước (α) [4] và nhiệt độ
bề mặt kênh làm nguội (TCW):
l

kW


 TW  TCW

 TCW  TC


29  50  28,38 
 

 0,049(m)
 3720  28,38  25 


 Khoảng cách giữa hai kênh làm nguội (b)
Chọn sai số làm nguội j: nhựa PP là vật liệu kết tinh, để tăng hiệu quả làm nguội chúng ta
d h 3720 0,014
b

1,795 ;
k ln 
chọn j = 3% : Hệ số Biot: Bi 
kW
29
l
Kết hợp tỉ số b/l với giá trị l đã xác định được, chúng ta tìm được khoảng cách giữa hai kênh
làm nguội (b):
Trang 5


b l 1,83 0,089( m)
Thông số kích thước và bố trí kênh làm nguội tính toán cho sản phẩm Nắp – Vành Bàn Cầu
trong phần này dùng để làm dữ liệu để thiết lập mô hình phân tích cho việc thiết kế hệ thống làm
nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAE thực hiện ở phần tiếp theo.
4.2. Kết quả phân tích mô phỏng
4.2.1. Đề xuất thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAE
Trên cơ sở phương pháp chung thiết kế hệ thống làm nguội; cơ sở lý thuyết phân tích quá
trình làm nguội; khả năng phân tích, mô phỏng quá trình làm nguội của phần mềm Moldex3D;
nguyên tắc chung thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAE được tác giả đề nghị như sau:
1. Xác định phân bố nhiệt trên sản phẩm
sau định hình: Filling/Packing
2. Xác lập các thông số hệ thống làm nguội
3. Thiết kế hệ thống làm nguội trên mô
hình phân tích

4. Thực hiện chức năng phân tích
tổng hợp: Fill+Pack+Cool+Warp

5. Đánh giá hệ
thống làm nguội

Thay đổi hệ thống
làm nguội
Không đạt

6. Chấp nhận hệ thống làm nguội
Vì hiệu quả của hệ thống làm nguội ảnh hưởng chính đến sự cong vênh, biến dạng sản
phẩm, do đó khi đánh giá hệ thống làm nguội ngoài các chỉ tiêu phân tích hệ thống làm nguội phải
xem xét cả chỉ tiêu cong vênh. Như vậy, khi xem xét đánh giá hệ thống làm nguội chúng ta dựa vào
các chỉ tiêu của (bảng 1) như sau:
Bảng1 Chỉ tiêu phân tích làm nguội
Số hiệu chỉ tiêu
Chỉ tiêu phân tích
C

NHÓM CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH LÀM NGUỘI (COOLING)

C1
C2
C3
C4

Thời gian làm nguội (Cooling Time)
Phân bố nhiệt độ trung bình trên sản phẩm (Average Temperature)
Phân bố nhiệt độ trên kênh làm nguội ( Cooling_Heating Efficiency)

Chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp của sản phẩm (Avg.Part Temperature)

W

NHÓM CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH CONG VÊNH (WARPAGE)

W1
Co rút thể tích (volumetric_shrinkage)
W2
Biến dạng của sản phẩm (Warpage)
4.2.2. Áp dụng thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAE cho bộ khuôn Nắp – Vành Bàn
Cầu
Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm
Trang 6










Vật liệu sử dụng: nhựa PP
Thời gian chu kỳ: 120s (Đây là thời gian thực tế khi tiến hành ép sản phẩm tại Công
ty TNHH Cơ Khí Khuôn Mẫu Mô Tiến).
Kích thước sản phẩm: Nắp (463,67 x 360,72 x 46,55 mm); Vành (452,67 x 342,54 x
68,94 mm).
Dung sai kích thước: 1%

Độ thẩm mỹ: Đánh bóng khuôn để sản phẩm đạt được độ bóng nhất định khi ép.
Không được đặt miệng cuống phun trên bề mặt sản phẩm.
Khả năng chịu tải: Sản phẩm chịu tải khoảng 200 kg (Tăng cường chiều dày và các
gân cho sản phẩm).
Độ co rút thể tích: 0,5%

Hình 5 Bản vẽ kết cấu khuôn Nắp – Vành Bàn Cầu

Hình 6 Phương án bố trí sản phẩm trong hai tấm khuôn chày và cối
Phân tích kết quả mô phỏng
1. Các kết quả chính của quá trình điền đầy (Filling):
 Thời gian điền đầy khuôn (Melt Front Time):
Qua kết quả phân tích mô phỏng ở hình 7, chúng ta có các kết quả:
• Quá trình điền đầy khuôn có tổng thời gian là 5,96 s.
• Sản phẩm hầu như không bị khuyết tật đường hàn.

 Nhiệt độ trung bình khi điền đầy (Average Temperature):

Trang 7


Vùng gần miệng kênh dẫn nhựa có nhiệt độ cao nhất, sau đó giảm dần ra vị trí xa nhất. Kết
quả thể hiện nhiệt độ trung bình xuyên qua chiều dày sản phẩm cuối quá trình điền đầy. Điều này
cho thấy cần phải làm nguội khuôn và nhiệt nhựa lỏng ở các vị trí có đánh dấu màu đỏ như hình 8.
Vị trí chưa điền đầy

Hình 7 Thời gian điền đầy
Hình 8 Nhiệt độ trung bình khi điền đầy
2. Các kết quả chính của quá trình định hình (Packing):
 Thời gian định hình:

Qua kết quả này, chúng ta có thể kết luận:
• Sản phẩm được điền đầy hoàn toàn với tổng thời gian là 5.979 s.

• Vị trí các đường hàn và các điểm tụ khí như trên hình 9, sản phẩm Nắp bị đường hàn
nhiều hơn Vành Bàn Cầu, các điểm tụ khí tập trung tại các vị trí cuối của sản phẩm. Để khắc phục
hiện tượng này, khi thiết kế khuôn chúng ta cần cân bằng dòng cho hai sản phẩm bằng cách thiết kế
hợp lý kênh dẫn nhựa, tạo các rãnh thoát khí tập trung vào những vị trí cuối sản phẩm.
• Tại cuối quá trình định hình, sản phẩm đã được điền đầy 100%.

 Áp suất (Pressure):
Áp suất của sản phẩm tại cuối thời điểm định hình là 137,2 ÷ 137.72 Mpa như hình 10, áp
suất tại miệng phun khoảng 137,5 Mpa. Sự chênh lệch áp suất này nhằm giúp quá trình định hình
sản phẩm đạt hiệu quả hơn, sản phẩm ít bị co rút cong vênh trong quá trình làm nguội.

Hình 9 Thời gian định hình

Hình 10 Áp suất định hình

3. Các kết quả chính của quá trình làm nguội (Cooling):
 Thời gian làm nguội (Cooling Time):
Trang 8


Từ kết quả phân tích trên hình 11, chúng ta thấy rằng sau 124s thì toàn bộ hai sản phẩm đạt
đến nhiệt độ mở khuôn. Tuy nhiên so với thời gian thực tế được cài trên máy ép thì thời gian làm
nguội chỉ có 100s, như vậy chúng ta phải thiết kế lại hệ thống làm nguội để đảm bảo thời gian chu
kỳ theo yêu cầu là 120s.

 Hiệu suất làm nguội (Cooling Efficiency):
Qua kết quả phân tích của hình 12, chúng ta có thể đánh giá được hiệu suất làm

nguội giữa các kênh khác nhau, từ đó có thể đưa ra quyết định cải tiến hệ thống làm nguội
cho thích hợp hơn, giảm chi phí khi gia công các đường làm nguội không cần thiết. Như
trường hợp này, hai hệ thống làm nguội tấm chày và tấm cối của sản phấm có sự thay đổi khá lớn.
Do đó, chúng ta có thể thiết kế kênh làm nguội đơn giản hơn mà vẫn đạt được hiệu suất làm nguội
cao hơn, tránh việc phải khoan đối đầu trên khuôn hay kênh làm nguội quá dài và nhất là đối với
khuôn có kích thước tương đối lớn.

Hình 11 Thời gian làm nguội

Hình 12 Hiệu suất làm nguội

 Nhiệt độ trung bình của các phần khác nhau trên sản phẩm (Avg.Part
Temperature):
Tại các vị trí có nhiệt độ cao, được đánh màu đỏ, đây là các vị trí sẽ bị cong vênh nhiều nhất
sau khi sản phẩm được tháo ra khỏi khuôn. Tuy nhiên, kết quả từ hình 13 cho thấy sự phân bố nhiệt
độ trên hai sản phẩm chênh lệch không nhiều.

 Nhiệt độ của lớp giữa tại cuối quá trình làm nguội (Center Temperature):
Qua kết quả phân tích ở hình 14 cho chúng ta thấy, ở thời điểm cuối quá trình làm nguội,
nhiệt độ cao nhất trên toàn bộ bề mặt sản phẩm là 2010C, và phân bố nhiệt là tương đối đồng đều.
Điều này cho thấy, hệ thống làm nguội đã thực hiện được các chức năng:


Giảm nhiệt độ của nhựa từ trạng thái nóng chảy xuống đến nhiệt độ mở khuôn.



Cân bằng nhiệt độ giữa các vùng khác nhau trên toàn bộ bề mặt sản phẩm.

Trang 9



Hình 13 Nhiệt độ trung bình của hai sản phẩm

Hình 14 Nhiệt độ của lớp giữa

4. Các kết quả về độ co rút, biến dạng của sản phẩm (Warpage):

 Tổng biến dạng (Total Displacement):
Qua kết quả phân tích ở hình 15, chúng ta có thể kết luận: Khi phun ép với thời gian định
hình được cài trên máy là 20s, sản phẩm sẽ bị sai lệch kích thước lớn nhất tại vị trí cuối của quá
trình điền đầy. Với giá trị kích thước thay đổi lớn nhất theo ba phương là 11,114mm (1,019%). Với
mức độ biến dạng này, sản phẩm tương đối đảm bảo được yêu cầu về dung sai kích thước.

 Độ co rút thể tích (Volumetric Shrinkage):
Từ kết quả phân tích mô phỏng ở hình 16, chúng ta thấy sản phẩm bị co rút trong khoảng
-2,569 ÷ 9,269% (Giá trị âm cho thấy sản phẩm bị nở ra). Đặc biệt là theo phương Z đối với sản
phẩm nắp bàn cầu sẽ bị cong lên.

Hình 15 Tổng biến dạng

Hình 16 Độ co rút thể tích

Tổng kết quá trình phân tích
STT Thông Số
1
2

Hệ thống
cấp nhựa


Giá Trị
- Kênh dẫn chính: D = Ø10 mm.
- Kênh dẫn phụ: D = Ø10 mm, d = Ø4 mm.

Hệ thống - Tổng số kênh làm nguội : 16
làm nguội - Hệ số Reynolds: Re > 10000 đảm bảo đạt giá trị chảy rối.
Trang 10


- Lưu lượng nước làm nguội: 9,42 lít/phút
- Đường kính kênh làm nguội: Ø14 mm.
- Thời gian điền đầy (Filling): Tính từ khi bắt đầu phun nhựa lỏng cho đến
khi điền đầy sản phẩm là 5,96 s.

3

Thời gian

- Thời gian định hình (Packing): Tính từ khi bắt đầu phun nhựa lỏng cho
đến cuối quá trình định hình là 5,98 s.
- Thời gian làm nguội (Cooling): Tính từ khi bắt đầu phun nhựa lỏng cho
đến khi mở khuôn lấy sản phẩm là 124 s.
- Thời gian mở khuôn: 5 s.
→ Thời gian chu kỳ : 5,98 + 124 +5 = 134,98 s.
- Nhiệt độ cao nhất của sản phẩm tại cuối quá trình làm nguội
(Cooling_Max. Temperature): 2010C.

4


Nhiệt độ

- Nhiệt độ nhựa nóng chảy (Melt Temperature): 2300C.
- Nhiệt độ vào của nước làm nguội: 250C
- Nhiệt độ ra của nước làm nguội: 300C
- Tổng biến dạng về kích thước: 11,055 mm.

5

Biến dạng
- Tổng biến dạng nhiệt: 2,045mm.
sản phẩm
- Độ co rút thể tích: -2,569% ÷ 9,269%.

Với sự phân tích, mô phỏng của công cụ CAE giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát và đầy đủ
về ảnh hưởng của hệ thống làm nguội trong quá trình ép phun, đây là đặc điểm nổi bật so với
phương pháp thiết kế truyền thống.
Những thông tin phân tích được, giúp cho người thiết kế có cơ sở để dự đoán các khuyết tật
nếu có xảy ra trong quá trình ép phun, để kịp thời hiệu chỉnh và khắc phục trước khi tiến hành gia
công chế tạo thật sự.
5. KẾT LUẬN
Hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa là một bộ phận quan trọng trong khuôn ép
phun. Đặc biệt là những khuôn cao cấp, khi mà những yêu cầu về độ chính xác của sản phẩm, giá
thành của nó là yếu tố quyết định sự thành công của các nhà sản xuất. Mặt khác, để giảm thời gian
qui trình gia công sản phẩm, thì giảm thời gian làm nguội là yếu tố được xác định đầu tiên cùng với
việc cải tiến qui trình công nghệ. Vì vậy nghiên cứu hệ thống làm nguội trong khuôn ép phun là rất
cần thiết.
Sản phẩm cuối cùng của đề tài là kết cấu cơ bản của khuôn ép phun, các qui tắc tính toán hệ
thống làm nguội và công thức tính thông số làm nguội theo công nghệ CAE. Kiểm chứng kết quả,
phân tích, đánh giá và mô phỏng hệ thống làm nguội trên bộ khuôn Nắp – Vành Bàn Cầu bằng

phần mềm Moldex3D R8.0.
Nghiên cứu cấu tạo, các thông số của hệ thống làm nguội trên khuôn ép phun ở nước ta còn
nhiều hạn chế. Do đó, đề tài đã đi sâu vào nghiên cứu, tính toán xác định kích thước, thiết kế kênh
làm nguội, giúp cho việc xác định các kích thước ban đầu cho hệ thống làm nguội theo trình tự hợp
lý dựa trên cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt, điều đó đã giúp cho việc tính toán thiết kế hệ thống làm
nguội trên khuôn ép phun theo công nghệ CAE đạt hiệu quả hơn về chất lượng thiết kế.
Sau thời gian nghiên cứu và tiến hành phần thực nghiệm đề tài đã đạt được các kết quả sau:

Trang 11


1- Đưa ra được qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ
CAE.
2- Xây dựng được qui trình tính toán cụ thể để xác định kích thước và bố trí kênh làm
nguội cho khuôn ép phun.
3- Ứng dụng phần mềm Moldex3D để phân tích, mô phỏng hệ thống làm nguội cho bộ
khuôn Nắp – Vành Bàn Cầu.

Tài liệu tham khảo
1. PGS.TS. Đoàn Thị Minh Trinh, Đề tài nghiên cứu KH-CN năm 2003-2004, “Ứng Dụng
Công Nghệ CAD/CAM/CAE”, 2004.
2. Hoàng Đình Tín, “Truyền Nhiệt và Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt”, Trường Đại học
Bách Khoa TP.HCM, 1996.
3. CoreTech System Co., Ltd, Working with Modex3D-Cool, Modex3d Help.
4. George Menges, Walter Michaeli, Paul Mohren, “How To Make Injection Molds”,
Hanser, 2001.

Trang 12