Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

TRẦN CAO MINH

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIA NHIỆT VÀ ĐẦU PHUN CHO
KÊNH DẪN NHỰA NĨNG TRONG KHN ÉP NẮP
JAZZ-COMFORT
CHUYÊN NGÀNH : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
MÃ SỐ NGÀNH

: 2.01.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2006


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :
TS. THÁI THỊ THU HÀ
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
PGS.TS. ĐOÀN THỊ MINH TRINH
Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại :

HỘ ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày……. tháng . . . . năm 2006


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SDH

CỘNG HÒA XÃ HỘ CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày 20 thdng 12 nam 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên
Ngay, thang, nam sinh
Chuyên ngành

: Trần Cao Minh
: 05 - 106 - 1978
: Cơ Khí Chế Tạo Máy

Phái
Nơi sinh
MSHV

: Nam
: Vĩnh Phúc
: 00403091


I- TÊN ĐỀ TÀI:
Thiết kế hệ thống gia nhiệt và đầu phun cho kênh dẫn nóng trong khn
ép nắp Jazz-Comfort.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nghiên cứu tổng quan tài liệu, tìm hiểu lý thuyết thiết kế hệ thống kênh nhựa
nóng cho khn ép phun.
2. Tìm hiểu về nội dung, phương pháp và kết quả của các cơng trình nghiên cứu
trong và ngồi nước.
3. Tính tốn thiết kế bộ chia nhựa và đầu phun cho khuôn nắp Jazz-Comfort.
4. Đánh giá kết quả thực tế.
Ill-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
V –CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)

TS. THÁI THỊ THU HÀ

: 02/07/2006
: 20/12/2006
: TS. THÁI THỊ THU HÀ
CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS TRẦN DOÃN SƠN

Nội dung và đề cương luận văn đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
Ngày .... tháng .... năm 2006
TRƯỞNG PHỊNG ĐT - SDH


PGS.TS ĐỒN THỊ MINH TRINH

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN


LỜI CÁM ƠN
Em xin chân thành cám ơn toàn bộ q thầy cơ Trường Đại Học Bách Khoa TP
Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cơ trong khoa Cơ Khí nói riêng đã dạy bảo và
dìu dắt em đạt được thành quả như ngày hôm nay.
Em xin chân thành cám ơn TS. Thái Thị Thu Hà đã tận tình hướng dẫn em hoàn
thành luận văn một cách tốt nhất.
Em xin chân thành cám ơn PGS. TS. Đặng Văn Nghìn đã tận tình tư vấn, chỉ dẫn
em trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám Đốc Công Ty TNHH Nhựa Duy Tân đã tạo
mọi điều kiện để tôi nghiên cứu, thực nghiệm đề tài luận văn.
Tôi xin chân thành cám ơn các thành viên trong xưởng CKKM Cơng Ty TNHH
Nhựa Duy Tân đã tích cực hỗ trợ tôi thực hiện đề tài.
Xin chân thành cám ơn!

Học Viên : Trần Cao Minh


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Sau khi đã tìm hiểu, nghiên cứu và tiến hành chế tạo thực tế dạng khuôn ép phun
dùng kênh dẫn nhựa nóng,, em đã thực hiện đề tài luận văn với các nội dung như
sau:
Chương I: Tìm hiểu tình hình ngành nhựa Việt Nam và thế giới trong những
năm gần đây. Các xu thế phát triển của ngành nhựa. Nêu lên mục đích và nội dung

nghiên cứu của đề tài.
Chương II: Tìm hiểu, giới thiệu dạng khn ép phun dùng kênh dẫn nhựa nóng.
Chương này định nghĩa khn dùng kênh dẫn nhựa nóng, nêu lên ưu điểm và nhược
điểm của khn dùng kênh dẫn nhựa nóng, cấu trúc của bộ khn có dùng kênh dẫn
nhựa nóng.
Chương III: Thiết kế khn ép sản phẩm nắp Jazz-Comfort có dùng kênh dẫn
nhựa nóng. Chương này đưa ra yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm cần thiết kế, trình tự
thiết kế một bộ khuôn ép phun, và tiến hành thiết kế sơ bộ các cụm chi tiết cơ bản
cho khuôn.
Chương IV: Thiết kế bộ chia nhựa cho hệ thống kênh nhựa nóng. Chương này
chỉ ra phương pháp tính tốn thiết kế bộ chia nhựa cho kênh dẫn nóng, sau đó ứng
dụng lí thuyết để thiết kế bộ chia nhựa kênh dẫn nóng cho khn nắp Jazz-Comfort.
Chương V: Thiết kế đầu cho hệ thống kênh nhựa nóng. Chương này chỉ ra
phương pháp tính tốn thiết kế đầu phun cho kênh dẫn nóng, sau đó ứng dụng lí
thuyết để thiết kế đầu phun kênh dẫn nóng cho khn nắp Jazz-Comfort.
Chương VI: Nghiên cứu thực nghiệm. Chương này ứng dung phần mềm
Moldflow mô phỏng q trình ép phun của khn nắp Jazz-Comfort, đánh giá kết
quả mô phỏng, so sánh kết quả với thực tế sản xuất.
Sau khi nghiên cứu và ứng dụng thực tế, chúng ta có những đánh giá về tính hiệu
quả của đề tài, đồng thời đưa ra các hướng phát triển của đề tài trong tương lai.


Mục Lục
Chương 1 :Tổng quan ngành nhựa
1.1 Tình hình ngành nhựa trên thế giới và Việt Nam trong những năm
gần đây:............................................................................................................................5
1.1.1.Tình hình ngành nhựa trên thế giới. ................................................5
1.1.2. Tình hình ngành nhựa ở các nước ASIAN trong những năm gần.
đây. ...........................................................................................................5
1.1.3. Tình hình ngành nhựa Việt Nam trong những năm gần đây..........6

1.2 Vấn đề thiết kế và sản xuất khuôn phun ép cho sản phẩm nhựa......8
1.3 Mục đích và nội dung nghiên cứu. .......................................................8
1.3.1 Mục đích nghiên cứu.......................................................................9
1.3.2 Mục tiêu cần đạt được. ....................................................................9
1.2.3 Giới hạn của đề tài...........................................................................9

Chương 2 :Khn ép phun dùng kênh nhựa nóng
2.1 Khái niệm hệ thống kênh nhựa nóng. ...............................................10
2.1.1. Khái niệm. ....................................................................................10
2.1.2. Phân tích ưu nhược điểm hệ thống...............................................13
2.1.3. Phân loại .......................................................................................17
2.1.3.1.Phân loại theo cách thức gia nhiệt. .......................................17
2.1.3.1.1.Các hệ thống cách ly nhiệt. ..........................................18
2.1.3.1.2. So sánh hệ thống gia nhiệt ngoài và gia nhiệt trong. ..19
2.1.3.2. Phân loại theo kết cấu khuôn. ............................................ 21
2.2 Cấu trúc hệ thống kênh dẫn nóng. ....................................................23
2.2.1. Cuống phun. .................................................................................23
2.2.2. Bộ chia nhựa.................................................................................25
2.2.3. Đầu phun . ...................................................................................27
2.2.3.1. Đầu phun được gia nhiệt ngoài...........................................28
2.2.3.2. Đầu phun được gia nhiệt từ bên trong. ...............................29
2.2.3.3. Đầu phun dẫn nhiệt. .............................................................30
2.2.3.4.Lắp ghép đầu phun vào bộ chia nhựa. .................................32
2.2.3.4.1. Sử dụn mối ghép ren trựct tiếp....................................32
2.2.3.4.2. Sử dụng mối ghép ren gián tiếp. .................................34


2.2.3.4.3 .Sử dụng mối lắp chặt...................................................34
2.2.4. Miệng phun...................................................................................35
2.2.4.1.Miệng phun mở.....................................................................36

2.2.4.2. Miệng phun đóng mở bằng cơ khí.......................................38
2.2.4.3.Miệng phun đóng mở bằng nhiệt..........................................40
2.2.4.4. Các miệng phun đặc biệt......................................................40
2.2.4.5.Bố trí miệng phun trên sản phẩm. ........................................41
2.2.5. Hệ thống gia nhiệt. .......................................................................43
2.2.5.1. Gia nhiệt bạc cuống phun. ...................................................43
2.2.5.2. Gia nhiệt bộ chia nhựa. ........................................................44
2.2.5.3. Gia nhiệt vòi phun. ..............................................................46
2.2.5.4. Điều khiển nhiệt độ trong hệ thống kênh nhựa nóng. .........47
2.2.5.4.1. Lựa chọn cảm biến. .....................................................48
2.2.5.4.2. Bố trí cặp nhiệt điện. ...................................................49
2.2.5.4.3. Bộ điều khiển nhiệt độ. ...............................................50
2.2.5.5. Cách ly nhiệt và làm mát hệ thống khn dùng kênh dẫn
nóng. .................................................................................................51

Chương 3 : Thiết kế khn có kênh dẫn nóng cho sản phẩm nắp

jazz-comfort
3.1 Hệ thống khuôn ép phun thông thường............................................53
3.1.1 Khái niệm. .....................................................................................53
3.1.2. Các hệ thống cơ bản trong khuôn ép phun...................................54
3.1.2.1.Hệ thống định vị và dẫn hướng. ...........................................54
3.1.2.2. Hệ thống cấp nhựa. ..............................................................54
3.1.2.3. Hệ thống đẩy sản phẩm........................................................56
3.1.2.4. Hệ thống làm nguội. ............................................................58
3.1.2.5. Hệ thống thốt khí. ..............................................................58
3.1.3.Các loại khn ép phun cơ bản . ...................................................58
3.2 Sản phẩm nắp Jazz-Comfort. .............................................................60
3.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.....................................................60
3.2.2 Tính chất vật liệu nhựa PP dùng để sản xuất nắp Jazz-Comfort...61

3.2.2.1 Tính chất. ..............................................................................61
3.2.2.2 Ứng dụng. .............................................................................62
3.2.3. Dữ liệu về máy phun ép. ..............................................................62
3.3 Trình tự thiết kế khn nắp Jazz-Comfort. ......................................63
3.3 Thiết kế sơ bộ khuôn cho sản phẩm nắp Jazz- Comfort..................66


3.3.1 Số lịng khn và cách bố trí lịng khn......................................66
3.3.1.1. Số lịng khn. .....................................................................66
3.3.1.2. Cách bố trí lịng khn. .......................................................66
3.3.2 Chọn loại khuôn cho sản phẩm nắp Jazz-Comfort........................68
3.3.3 Thiết kế hệ thống cấp nhựa. ..........................................................68
3.3.4 Thiết kế hệ thống làm nguội..........................................................69
3.3.4.1 Trao đổi nhiệt trong khn. ..................................................69
3.3.4.1 Bố trí đường nước giải nhiệt cho khuôn. ..............................69
3.3.5 Thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm....................................................70
3.3.6 Thiết kế các chi tiết khuôn. ...........................................................71
3.3.6.1 Kích thước sơ bộ các tấm khn. .........................................71
3.3.6.2. Vật liệu chế tạo khuôn. ........................................................72

Chương 4: Thiết kế bộ chia nhựa của hệ thống kênh nhựa
nóng
4.1 Thiết kế hệ thống kênh dẫn. ..............................................................75
4.1.1 Cân bằng layout.............................................................................76

4.1.2 Xử lý các góc rẽ đổi hướng. ..................................................78
4.1.3 Đường kính kênh nhựa. .................................................................79
4.2 Nhiệt độ trong hệ thống kênh nhựa nóng. .........................................81
4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với độ nhớt của vật liệu. ..................81
4.2.2 Ma sát trượt nội phân tử. ...............................................................82

4.2.3 Giãn nở nhiệt trong hệ thống kênh nhựa nóng..............................83
4.2.3.1 Giãn nở nhiệt theo 2 phương xy. ..........................................83
4.2.3.2 Giãn nở nhiệt theo phương thẳng đứng(phươngZ)...............85
4.3 Áp suất trong hệ thống kênh nhựa nóng. ..........................................87
4.3.1 Phân bố áp suất trong suốt quá trình điền đầy. .............................87
4.3.2 Áp suất phun qua hệ thống kênh nhựa. .........................................87
4.3.3 Áp suất trong kênh nhựa. ..............................................................88
4.4 Các phần tử nhiệt và gia nhiệt cho hệ thống kênh nhựa nóng. .......88
4.4.1 Các dạng gia nhiệt cho hệ thống. ..................................................88
4.4.2 Lắp đặt điện trở trên bộ chia nhựa. ...............................................91
4.4.3 Các dạng truyền nhiệt trong hệ thống kênh nhựa nóng. ...............92
4.4.3.1 Truyền nhiệt do bức xạ. ........................................................92
4.4.3.2 Truyền nhiệt đối lưu. ............................................................94
4.4.3.3 Truyền nhiệt do dẫn nhiệt. ....................................................95


4.4.3 Cơng suất nhiệt..............................................................................96
4.4.4 Kiểm sốt nhiệt..............................................................................99
4.5 Thiết kế bộ chia nhựa cho khn nắp Jazz-Comfort .....................100
1. Tính kênh nhựa cho bộ chia nhựa. ...................................................100
2. Tính cơng suất nhiệt cần thiết cho bộ chia nhựa. .............................101
3. Tính giãn nở nhiệt cho hệ thống.......................................................103

Chương 5: Thiết kế đầu phun cho hệ thống kênh nhựa
nóng
5.1 Các dạng lắp giữa Bộ chia nhựa và Đầu phun...............................106
5.2 Thân Đầu phun. .................................................................................108
5.3 Đầu Tip. ..............................................................................................109
5.4 Điện trở gia nhiệt. .............................................................................110
5.5 Kiểm soát nhiệt...................................................................................112

5.6 Thiết kế đầu phun cho khuôn nắp Jazz-Comfort. ..........................114
1. Chọn dạng lắp đầu phun với bộ chia nhựa.......................................114
2. Thân đầu phun. .................................................................................114
3. Đầu Tip.............................................................................................115
4. Cơng suất nhiệt.................................................................................116
4.5 Kiểm sốt nhiệt...............................................................................117
Chương 5: Nghiên cứu thực Nghiệm
6.1 Ứng dụng phần mềm Moldflow mô phỏng quá trình ép nắp JazzComfort.....................................................................................................119
6.2 Ép thử .................................................................................................127
6.2.1 Lần thử 1. ....................................................................................129
6.2.2 Lần thử 2. ....................................................................................130
6.3 Đánh giá kết quả. ...............................................................................131
Kết luận, và hướng phát triển trong tương lai.
Tài liệu tham khảo


Chương I:
TỔNG QUAN NGÀNH NHỰA
1.1 Tình hình ngành nhựa trên thế giới và Việt Nam trong những năm gần
đây:
1.1.1 Tình hình ngành nhựa trên thế giới trong những năm gần đây:
Bước qua thiên niên kỉ mới, dựa trên nền tảng sự phát triển như vũ bão của
khoa học kỹ thuật, với mong muốn thỏa mãn ngày càng tốt hơn nhu cầu của mọi
người về mọi mặt, những công nghệ mới, những vật liệu mới đã và đang được tìm
kiếm và đưa vào trong sản xuất. Nổi bật trên hết là loại vật liệu polymer nhân tạo
với nhiều đặc tính ưu việt như nhẹ, bền, thích ứng tốt điều kiện mơi trường, dễ tái
sinh, dễ tạo hình…..đã được sử dụng ngày cành phổ biến. Sự cạn kiệt của nguồn tài
nguyên như: gổ, kim loại….cũng là lý do thúc đẩy con người dần dần chuyển sang
dùng nhựa thay thế các loại vật liệu khác.
Điều này có thể thấy rõ thơng qua bảng đối chiếu chỉ số chất dẻo bình quân

qua đầu người ở một số nước sau:

Bảng 1.1: Bảng đối chiếu chỉ số chất dẻo bình quân đầu người ở một số
nước. (đơn vị tính là kg/đầu người)
(nguồn: Liên Đồn nhựa các nước ASIAN, Hiệp Hội Nhựa Mỹ, CIPAD)
1.1.2. Tình hình ngành nhựa ở các nước ASIAN trong những năm gần đây:
Sau sự kiện khủng bố ở nước Mỹ ngày 11/9/2001, sự khủng hoảng trầm
trọng của nền kinh tế Mỹ ảnh hưởng nền kinh tế tồn cầu trong đó có khu vựa

Trang 5


ASIAN, có tác động đến ngành cơng nghiệp nhựa ở các nước ASIAN. Tuy nhiên,
tiến độ phát triển ngành nhựa ở khu vực này vẫn đảm bảo tốc độ tăng trưởng 6%
mỗi năm trong 5 năm (1999-2003), cụ thể là từ 6.55 triệu tấn lên 9.44 triệu tấn giá
trị tổng sản lượng từ năm 2004 trở đi.

Bảng 1.2 Tốc độ phát triển công nghệ chất dẻo ở các nước ASIAN từ năm
1999-2003 (triệu tấn).
(nguồn : Liên Đoàn Nhựa Các Nước ASIAN)
Ở Thái Lan, cơng nghiệp nhựa giữ một vị trí quan trọng trong việc phát
triển công nghiệp quốc gia. Sản xuất nguyên liệu trong nước đạt 2 tỉ USD cho quốc
gia và gia công sản phẩm nhựa đạt 4.6 tỉ USD trong tổng số 15 tỉ USD giá trị tổng
sản phẩm công nghiệp Thái Lan.
Cùng với Thái Lan, Singapore là một trụ cột của AFPI (Liên Đoàn Nhựa
Các Nước ASIAN). Công nghệ tri thức phát triển đã thúc đẩy kinh tế nói chung và
cơng nghiệp nhựa Singapore nói riêng ln giữ vị trí hành đầu và là trung tâm xuất
khẩu nguyên liệu nhựa của ASIAN ra thị trường thế giới.
1.1.3 Tình hình ngành nhựa Việt Nam trong những năm gần đây:
Trước năm 1975, nước ta cũng có một số nhà máy sản xuất các sản phẩm

nhựa thông dụng trong cuộc sống hằng ngày bằng các phương pháp cổ điển, lạc
hậu. Chính vì vậy mà chất lượng sản phẩm đạt được không cao, không đáp ứng
được nhu cầu của người tiêu dùng.
Trước sự phát triển mạnh mẽ của ngành nhựa thế giới, ngành nhựa Việt
Nam trong những năm gần đây đã có tốc độ phát triển khá cao, bình qn 35% /

Trang 6


năm trong khoảng thập niên 1988 – 1998. Tổng vốn đầu tư nước ngoài đạt 1,7 tỷ
USD và trong nước đạt 300 triệu USD. Tổng giá trị sản phẩm nhựa tăng gấp 10 lần
so với năm 1975, làm cho Việt nam trở thành quốc gia có ngành cơng nghiệp nhựa
phát triển tích cực trong khu vực ASEAN.
Sản phẩm nhựa của Việt Nam bắt đầu có chỗ đứng trên thị trường do mẫu
mã đẹp cũng như chất lượng sản phẩm đã được nâng cao, có khả năng cạnh tranh và
đẩy lùi sản phẩm của khu vực như Trung Quốc, Thái Lan, … do trong lĩnh vực thiết
kế và sản xuất khuôn mẫu đã ứng dụng những phần mềm ưu việt như Pro/Engineer,
Cimatron, MasterCam, Solidwork,… máy móc CNC, EDM hiện đại để thiết kế và
chế tạo khn tự động, chính xác. Nói khác đi ngành nhựa của ta đang phát triển
theo đúng xu hướng của thế giới. Nhưng nói đi thì cũng phải nói lại, giá cả của phần
mềm cũng như máy móc cịn khá cao so với khả năng đầu tư chung nên vẫn còn khá
nhiều cơ sở nhỏ vẫn còn sử dụng các phương pháp thủ công, truyền thống để chế
tạo khn.
Thêm một khó khăn lớn nữa là yếu tố con người vẫn chưa đáp ứng kịp cho
sự phát triển. Nguồn nhân lực đào tạo ra hằng năm rất ít khơng đủ để cung cấp cho
nhiều nhà máy xí nghiệp lớn sản xuất các sản phẩm nhựa trong khắp cả nước như xí
nghiệp nhựa Rạng Đơng, Bình Minh, Mơ Tiến, Duy Tân, Tân Lập Thành, Đô
Thành, Tân Tiến, Phu VInh… Và hàng trăm cơ sở nhỏ nằm rải rác. Lấy ví dụ cụ
thể, với dân số Việt Nam hiện nay khơng phải là nhỏ, trình độ dân trí ngày một cao
do mức sống ngày một tăng lên thì nhu cầu đồ chơi cho trẻ em là một thị trường rất

lớn, nhưng đầu tư cho lĩnh vực này cịn rất ít và hầu như sản phẩm đồ chơi do ta sản
xuất không được chấp nhận. Do đồ chơi của chúng ta sản xuất mẫu mã không đẹp,
chất lượng kém. Nhưng nguyên nhân chính là ta khơng có đội ngũ thiết kế sản
phẩm có chất lượng và khơng có cơng cụ hỗ trợ hợp lý và thiếu một đội ngũ bảo trì
các máy ép nhựa và khn mẫu có nhiều kinh nghiệm.
Theo thống kê chưa đầy đủ thì sản phẩm nhựa tại Thành Phố Hồ Chí Minh
chiếm khoảng 80% tổng sản phẩm nhựa trên tồn quốc, các tỉnh phía Bắc chủ yếu
tập trung ở Hà Nội, Hải Phòng chiếm khoảng 14 đến 15%, các tỉnh miền Trung chủ
yếu tập trung ở Đà Nẵng.

Trang 7


Theo những thơng tin gần đây thì Tp.HCM nói riêng và nước ta nói chung
đã và đang thành lập các dự án lớn liên quan đến ngành nhựa như nhà ở bằng vật
liệu nhựa PVC xốp và cứng cho người dân có thu nhập thấp và dân ở vùng thường
xuyên chịu những ảnh hưởng do thiên tai gây ra; dự án tàu đánh bắt xa bờ làm bằng
nhựa trọng tải khoảng 2000 tấn, không bị hủy hoại do môi trường nước biển, sóng
gió dùng thay thế cho vỏ tàu bằng gỗ ngày càng khan hiếm; … tạo điều kiện cho
ngành nhựa Việt Nam phát triển.
Ngoài ra, trong kỳ họp ở Singapore của liên đoàn nhựa khối ASEAN, nước
ta được giữ chức chủ tịch hiệp hội nhựa ASEAN từ năm 2001, việc này tạo điều
kiện cho ta mở rộng mối quan hệ khơng chỉ với các nước ASEAN mà cịn với các
nước ngoài khu vực giúp ta tiếp cận được với thị trường thế giới.
Hướng phấn đấu của ngành nhựa Việt nam đến năm 2010 phải đạt 1.8 triệu
tấn và chỉ số chất dẻo trên đầu người phải đạt được 50 kg/người.
Như vậy, so với thế giới và khu vực, ngành nhựa của ta vẫn còn yếu nhưng
với tốc độ phát triển và nhu cầu như hiện nay thì chẳng mấy chốc ngành nhựa Việt
Nam có thể vững mạnh.
1.2 Vấn đề thiết kế và sản xuất khuôn phun ép cho sản phẩm nhựa:

Theo nhịp độ phát triển của ngành nhựa, ngành sản xuất khuôn mẫu ngày
này đang là nhu cầu bức thiết. Với tỷ trọng đầu tư 0.97% trong ngành nhựa nhưng
đóng vai trị rất quan trọng trong việc phát triển và tăng sức cạnh tranh của ngành
nhựa. Việc đa dạng hóa mẫu mã sản phẩm cải tiến kỹ thuật, giảm giá thành sản
phẩm. Tuy nhiên ngành khuôn mẫu của nước ta còn non kém so với các nước. Với
trang thiết bị sản xuất chưa được hiện đại trình độ kỹ thuật cịn chưa nắm theo kịp
với những cơng nghệ và trang thiết bị hiện đại. Chưa ứng dụng tốt các phần mềm và
trang bị CAD/CAM trong sản xuất. Trước tình hình đó việc nắm bắt kỹ thuật và đầu
tư cho ngành thiết kế sản xuất khuôn mẫu về nhân lực và trang thiết bị là cần thiết.
1.3 Mục đích và nội dung nghiên cứu:
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành cơ khí chế tạo máy nói
chung và lĩnh vực khn mẫu nói riêng đã có những bước tiến quan trọng. Điều đó
đã góp phần khơng nhỏ vào việc tăng năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm
và nâng cao chất lượng sản phẩm máy móc và thiết bị.

Trang 8


Trong q trình phát triển đó, ngành nhựa cũng đã có những bước phát
triển mang tính đột phá, đó là việc sử dụng kênh nhựa nóng vào trong khn ép
phun. Điều này giúp cho năng suất tăng lên rất nhiều, đồng thời chất lượng sản
phẩm cũng được cải thiện so với trước kia. Tuy nhiên điều đó cũng chưa thể thuyết
phục được các nhà sản xuất chấp nhận đầu tư một số vốn lớn vào nó, nếu như nó
khơng có những tính ưu việt vượt trội so với các loại khn thơng thường, đó là
năng suất tăng lên rất nhiều (khoảng 30-40%), giảm được chi phí sản xuất và khả
năng thay đổi kiểu dáng nhanh chóng đáp ứng nhu cầu rất khác nhau của khách
hàng, đồng thời cải tiến chất lượng và hình dáng của sản phẩm.
Khi đi sâu vào ngành khn mẫu sử dụng kênh nhựa nóng, ngồi những ưu
điểm rất lớn đã kể trên , vẫn có một số vấn đề tồn tại : Cơ sở lý thuyết thiết kế hệ
thống kênh nhựa nóng sử dụng trong khn ép phun. Trong hệ thống kênh nhựa

nóng có hai bộ phận chính là bộ chia nhựa và đầu phun, vì vậy đề tài nghiên cứu là:
Thiết kế bộ chia nhựa và đầu phun cho khuôn nắp Jazz-Comfort là điều cấp thiết
để.
1.3.1 Mục đích nghiên cứu:
Xây dựng cơ sở lý thuyết để thiết kế và chế tạo hệ thống kênh nhựa nóng.
1.3.2 Mục tiêu cần đạt được:
™

Cơ sở lí thuyết thiết kế hệ thống kênh nhựa nóng.

™

Thiết kế bộ chia nhựa kênh dẫn nóng khn nắp Jazz-Comfort.

™

Thiết kế đầu phun kênh dẫn nóng khn nắp Jazz-Comfort.

™

Đánh giá hiệu quả của hệ thống kênh nhựa nóng so với kênh nhựa

lạnh.
1.3.3 Giới hạn của đề tài:
™

Thiết kế sơ bộ khuôn nắp Jazz-Comfort.

™


Thiết kế bộ chia nhựa kênh dẫn nóng khn nắp Jazz-Comfort.

™

Thiết kế đầu phun kênh dẫn nóng khn nắp Jazz-Comfort.

™

Mơ phỏng q trình ép phun nắp Jazz-Comfort.

™

Thu thập dữ liệu thực tế và đánh giá kết quả.

Trang 9


Chương II:
KHN ÉP PHUN SỬ DỤNG KÊNH DẪN NĨNG
2.1 Khái niệm hệ thống kênh dẫn nóng:
Một số nhược điểm cố hữu của khuôn thông thường:
- Các sản phẩm sau khi ép phun vẫn chưa tách khỏi hệ thống kênh nhựa mà
phải cần có người thao tác để gỡ ra ( đối với khuôn 2 tấm) hoặc cần thiết kế phức
tạp, tốn thời gian để hệ thống tách kênh nhựa ra khỏi sản phẩm. (đối với khuôn 3
tấm).
- Cần phải tốn công để tái chế nhựa, lượng nhựa này sẽ chiếm tỉ trọng rất
đáng kể so với sản phẩm trong trường hợp các sản phẩm nhỏ.
Chính vì vậy, người ta đã nghĩ đến hệ thống kênh dẫn nhựa nóng.
2.1.1. Khái niệm.
Hệ thống kênh dẫn trong các khn thơng thường có cùng một mức nhiệt độ

so với phần cịn lại của khn vì chúng được đặt trong cùng một khối. Tuy nhiên,
nếu như hệ thống kênh dẫn được tạo thành trong một bộ chia nhựa đặc biệt được gia
nhiệt đến nhiệt độ nóng chảy của nhựa và có thể điều khiển được nó thì chất lượng
và đặc biệt là năng suất của quá trình sản xuất sẽ tăng lên đáng kể. Bộ chia nhựa có
nhiệm vụ phân phối nhựa nóng chảy đến các miệng phun mà khơng làm biến tính
nhựa. Chúng có thể dùng cho hầu hết các loại nhựa nhiệt déo dùng cho ép phun.
Trong trường hợp đó, các bộ chia nhựa này được gọi là hệ thống kênh dẫn nóng, bộ
chia nhựa nóng hay đơn giản là các kênh dẫn nóng.

a)

b)

Hình 2.1 Các loại hệ thống kênh dẫn nóng.
Hiện nay, hệ thống kênh dẫn nóng đã được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong
các quá trình sản xuất tự động các chi tiết nhựa nhiệt dẻo được có số lượng lớn. Các

Trang 10


nhà sản xuất hiện nay lựa chọn chúng vì tính kinh tế khi sản xuất với sản lượng lớn.
Trước đây, người ta thường lo ngại về vấn đề chất lượng vì nhựa khi sử dụng trong
các hệ thống kênh dẫn nóng thường dễ biến tính do chất lượng nhựa khơng ổn định
và q trình kiểm sốt nhiệt độ khá khó khăn, nhưng hiện nay, chất lượng nhựa đã
rất tốt, nên rất dễ gia công trong các hệ thống kênh dẫn nóng được điều khiển nhiệt
độ tốt. Chính vì vậy, các hệ thống kênh dẫn nóng đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều
nước.
Các hệ thống kênh dẫn nóng hiện nay đã là các hệ thống thiết bị khá tiêu
chuẩn. Các nhà sản xuất kênh dẫn nóng khơng chỉ cung cấp các chi tiết riêng lẻ mà
còn tiết kế và chế tạo 1 hệ thống hoàn chỉnh phù hợp với 1 sản phẩm mà khách hàng

yêu cầu. Ta có thể lựa chọn nhiều chủng loại, kích cỡ chi tiết khác nhau cho phù
hợp với nhu cầu. Sau đây là 1 số nhà sản xuất hệ thống kênh dẫn nóng nổi tiếng trên
thế giới.
Bảng 2.1 Một số nhà sản xuất kênh dẫn nóng lớn trên thế giới. ( [2] )
Tên cơng ty

Trụ sở chính

D-M-E Company

Madison Heights, MI/USA

Dynisco HotRunners

Gloucester, MA/USA

Eurotool

Gloucester, MA/USA

Ewikon Hotrunner Systems

East Dundee, IL/USA

Gunther Hotrunner Systems

Buffalo Grove, IL/USA

Hasco-Internorm


Chatsworth, CA/USA

Husky

Bolton, Ontarion/Canada

Incoe

Troy, MI/USA

Manner International

Tucker, GA/USA

Mold-Master

Georgetown, Ontarion/Canada

Thermodyne HotRunner Systems

Beverly, MA/USA

Manner

Bahlingen ,Germany

Mastip

Auckland, New Zealand


Các hệ thống kênh dẫn nóng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau
từ đồ gia dụng, các loại nắp đậy và đóng gói đến thiết bị dùng cho các ngành y
khoa, điện tử, viễn thơng, ơ tơ vì các sản phẩm trong các lĩnh vực này đều có yêu
cầu cao về năng suất cũng như chất lượng sản phẩm sau khi ép phun.

Trang 11


a)

b)
Hình 2.2 Các sản phẩm chế tạo bằng cơng nghệ kênh dẫn nóng
a) Các loại nắp, đồ chứa , đồ gia dụng.
b) Các chi tiết dùng trong ngành y khoa, điện tử, viễn thơng, ơ tơ
Hệ thống kênh dẫn nóng là một hệ thống phức tạp gồm nhiều chi tiết chế tạo
chính xác lắp ghép với nhau. Một thiết kế kênh dẫn nóng điển hình như thế được
trình bày ở hình sau :

Trang 12


Hình 2.3 Hệ thống kênh dẫn nóng cơ bản dùng kim phun hoặc van. ( [9] )
2.1.2. Phân tích ưu nhược điểm hệ thống.
Như bất cứ một thiết bị kỹ thuật ứng dụng khác, việc xem xét cả hai khía
cạnh kinh tế - kỹ thuật với những ưu và nhược điểm của nó là rất quan trọng. Nó là
cơ sở để cho ta quyết định chọn lựa những những giải pháp kỹ thuật phù hợp. Sau
đây là bảng phân tích cho ta thấy được những ưu điểm và hạn chế của hệ thống
kênh nóng :

Trang 13



Bảng 2.2 Phân tích ưu nhược điểm hệ thống kênh dẫn nóng. ( [2] )

Kinh tế

Ưu điểm

Hạn chế

- Tiết kiệm ngun vật liệu do khơng
hình thành cuống phun và khơng tốn chi
phí tái chế nhựa cuống phun như kênh
dẫn nguội.

- Kết cấu khn phức tạp và
nên chi phí cao hơn.

- Các q trình vận hành hệ
thống phức tạp hơn địi hỏi
- Thời gian của chu trình ép phun ngắn người thợ vận hành máy có
hơn, do thời gian điền đầy ngắn hơn tay nghề cao hơn.
(không điền đầy hệ thống kênh dẫn sau - Chi phí lắp đặt, bảo trì cao
mỗi chu kỳ), khơng tốn thời gian làm (chống rị rỉ nhựa , dễ hư các
nguội hệ thống kênh dẫn và rút cuống thiết bị gia nhiệt, các đầu
phun, hành trình khn ngắn hơn.
phun dễ bị mài mịn khi sản
- Máy phun có thể nhỏ hơn vì thể tích xuất nhiều).
chung quanh kênh nóng giảm (giảm
lượng nhựa điền đầy hệ thống kênh

dẫn), và do lực kẹp nhỏ hơn vì bộ chia
nhựa đóng kín (khơng hở như hệ thống
kênh dẫn nguội ).
Kỹ thuật - Q trình có khả năng tự động hóa cao - Có khả năng làm biến tính
hơn do không phải tách nhựa điền đầy vật liệu nhựa do nhiệt ,đặc
biệt đối với các loại nhựa
trong hệ thống kênh dẫn.
- Các miệng phun có thể được đặt tại vị nhạy với nhiệt độ, khi dịng
trí phù hợp nhất vì đường dẫn nhựa có chảy dài và thời gian lưu lại
của nhựa trong kênh dẫn lâu
thể dài hơn khi đã kiểm sốt nhiệt tốt .
trong trường hợp chu trình ép
- Sụt áp sẽ giảm tối thiểu do nhựa trong phun dài.
kênh dẫn luôn được bảo đảm ở trạng
- Cần quá trình kiểm sốt
thái nóng chảy.
nhiệt độ phức tạp vì nếu
- Khả năng cân bằng dịng chảy được tác khơng sẽ tạo các vùng nhiệt
động thông qua điều khiển nhiệt độ hay độ không đồng đều, làm quá
bằng những cơ cấu đặc biệt.
trình điền đầy khơng đều và
- Q trình điền đầy lịng khn hiệu sinh ra nhiều vấn đề khác.
quả hơn nhờ sử dụng đầu phun dạng
van, các hệ thống miệng phun nối tiếp.
- Hành trình mở khn ngắn hơn.
- Áp suất duy trì tốt hơn nên sản phẩm ít
bị cong vênh.

Trang 14



Qua phân tích trên, ta thấy hệ thống kênh dẫn nóng có nhiều ưu điểm vượt
trội, và có khả năng ứng dụng rất tốt trong điều kiện kinh tế kỹ thuật nước ta đang
ngày càng phát triển như hiện nay. Tuy nhiên, các hệ thống kênh dẫn nguội 2 hay 3
tấm vẫn được sử dụng phổ biến nhờ những ưu thế riêng của chúng trình bày bảng
sau.
Bảng 2.3 Phân tích ưu thế đặc trưng của các hệ thống khuôn. ( [6] )
Hệ thống khuôn

Ưu thế

Khuôn kênh dẫn nguội 2 tấm - Dễ thay đổi màu sắc.
- Dễ vận hành và bảo dưỡng.
- Chi phí thấp.
- Dùng cho mọi loại nhựa.
- Hoạt động tin cậy.
Khuôn kênh dẫn nguội 3 tấm - Khả năng đặt miệng phun linh hoạt.
- Chi phí thấp so với kênh dẫn nóng.
- Khởi động nhanh.
- Dễ thay đổi màu sắc nhựa.
- Dùng cho mọi loại nhựa.
- Hoạt động tin cậy.
Khn kênh dẫn nóng

- Khả năng đặt miệng phun linh hoạt.
- Không tốn nhựa điền đầy kênh dẫn .
- Giảm chu trình ép phun với các chi tiết thành mỏng
- Giảm lực kẹp khuôn.
- Cải thiện chất lượng sản phẩm.


Ta sẽ thử phân tích tính kinh tế thơng qua việc thống kê chi phí sản xuất của
hệ thống khn kênh dẫn nóng với hệ thống khn 3 tấm thơng thường qua một ví
dụ sau : (các tính tốn sử dụng đơn vị tiền tệ của Đức).

Trang 15


Bảng 2.4 So sánh chi phí sản xuất khn dùng kênh dẫn nóng và khn 3 tấm.
( [2] )
Khn 3 tấm

Khn dùng
kênh dẫn nóng

1.Dữ liệu đầu vào
a.Ngun liệu thơ

Polyacetal (Hostaform C 13021 R)

b. Giá nguyên liệu

6 DM/kg
3.000.000 sp/năm

c. Sản lượng

4 năm

d. Thời hạn sản xuất
e. Khối lượng sản phẩm


2g

f. Số lịng khn

16

g. Số ca làm việc

3
800-150 (kN/cm3)

400-70 (kN/cm3)

i. Chi phí máy ép

11 DM/h

8 DM/h

j. Chi phí nhân cơng

10 DM/h

4 DM/h

k. Gía thành khn

20.000 DM


24.000 DM

l. Thời gian chu trình ép phun

20 s

20 s

m. Khối lượng nhựa trong kênh dẫn

40 g

0

2 DM/kg

0

22

12

7,29

4,16

26,67

32


55.96 DM

48.16 DM

h. Khả năng máy ép

n. Chi phí tái chế nhựa
2. Chi phí cho 1000 sản phẩm
- Chi phí vật liệu b × e +
- Chi phí sản xuất

m
× (b − n)
f

(i + j ) × 31
3,6 × f

1
k × ( + 0,05 + 0,1) × 1000
d
- Chi phí khn
c

Tổng chi phí

(giảm 14% chi
phí)

Trang 16



Do hệ thống kênh nóng được gia nhiệt, do đó mà áp lực máy phun thấp, vì
thế kích thước máy phun có thể chọn nhỏ hơn, chi phí máy móc ban đầu rẻ hơn.
Qua quan sát thực tế ta thấy một nhân công vận hành hai máy ép với khuôn thông
thường ( giám sát, cấp nguyên liệu, lấy sản phẩm, tái chế nhựa). Trong khi đó, với
máy ép có kênh dẫn nóng thì một nhân cơng có thể vận hành năm máy ép. Ngun
nhân chính là hệ thống kênh nóng có khả năng tự động hóa cao hơn, chất lượng
đồng đều hơn mà không cần sự giám sát chặt chẽ. Vì vậy, chi phí sản xuất cho
khn có kênh dẫn nóng thường thấp hơn.
Tuy nhiên, do khn có kênh dẫn nóng phải lắp đặt một số thiết bị như kênh
chia nhựa, vòi phun, bộ gia nhiệt, cặp nhiệt điện…nên chi phí để chế tạo khn cho
khn có kênh dẫn nóng ln đắt hơn khn thơng thường. Chu trình ép phun ta có
thể xem tương đương nhau, mặc dù trên thực tế thì trên khn có kênh dẫn nóng
vẫn ngắn hơn hơn rất nhiều ( Khoảng 30%).
Điểm chênh lệch lớn chính là chi phí gia cơng sau đó và ngun vật liệu. Sử
dụng hệ thống khn có kênh dẫn nóng khơng có nhựa nguội trong kênh dẫn sau
mỗi chu kỳ ép phun nên chi phí vật liệu giảm đi đáng kể đồng thời khơng tốn chi
phí tái chế nhựa. Chênh lệch chi phí này sẽ tăng lên đáng kể khi số lượng sản phẩm
ta sản xuất càng tăng lên. Hình 2.3 cho ta thấy được chi phí sản xuất của 2 loại
khn với số lượng sản phẩm khác nhau theo ví dụ trên. Khi số lượng sản phẩm cần
sản xuất tăng cao thì mức tiết kiệm chi phí của khn có kênh dẫn nóng tăng.

Hình 2.4: Biểu đồ biểu diễn chi phí thay đổi theo số lượng sản phẩm. ([2] )
2.1.3. Phân loại
2.1.3.1.Phân loại theo cách thức gia nhiệt.

Trang 17



Kênh dẫn nóng có thể được phân loại dựa vào cách thức hai thành phần
chính được gia nhiệt là bộ chia nhựa và vịi phun. Bộ chia nhựa có thể được gia
nhiệt bên ngoài, gia nhiệt bên trong hay cách ly nhiệt. Đầu phun cũng có thể được
gia nhiệt bên ngoài, gia nhiệt bên trong, dẫn nhiệt hay cách ly nhiệt.
Sự phối hợp giữa các loại bộ chia nhựa và đầu phun khác nhau cho ta các
loại kênh dẫn nóng có cấu trúc khác nhau (hình 2.5).
VÒI PHUN

BỘ CHIA NHỰA
Gia nhiệt bên ngoài

Gia nhiệt bên ngoài

Gia nhiệt bên trong

Gia nhiệt bên trong

Cách ly nhiệt

Cách ly nhiệt

Hình 2.5 Các cách phối hợp bộ chia nhựa và vòi phun.
2.1.3.1.1.Các hệ thống cách ly nhiệt.
Trong hệ thống này, nhựa được phun lần đầu vào kênh dẫn sẽ tạo lớp nhựa
đông xung quanh thành kênh dẫn, có tác dụng như một lớp cách ly nhiệt. Các dòng
nhựa theo sau sẽ chảy giữa lớp nhựa cách ly này. Trong thiết kế này, dòng nhựa
được giữ nóng chảy tại tâm của các kênh dẫn nhựa. Điều này được thực hiện nhờ
chuyển động nhanh của nhựa qua khuôn trong một lần phun. Hệ thống này dựa trên
chuyển động thích hợp của vật liệu qua các kênh dẫn nhựa. Chính nhờ nhiệt sinh ra
do ma sát và thời gian phun nhanh sẽ hạn chế khả năng đông lại của kênh nhựa. Hệ

thống này có thể có các thiết bị gia nhiệt trong cho đầu phun nhưng nó cũng rất
giới hạn vật liệu nhựa có thể sử dụng thường chỉ có PP, PE, PS do khả năng kiểm
sốt nhiệt khơng tốt. Nó chỉ áp dụng để sản xuất các sản phẩm có u cầu thấp về
chất lượng.
Vấn đề chính trong loại hệ thống này xảy ra khi có sự gián đoạn trong chu
trình làm việc. Với một sự gián đoạn dài thì kênh dẫn nhựa sẽ bị đơng lại và các tấm
khuôn phải được tách ra để lấy nhựa đơng đặc. Để giải quyết vấn đề này thì máy ép
phải hoạt động ở áp suất cao để kẹp khuôn một cách thích hợp. Vì nhựa nóng là
nguồn nhiệt chính nên khuôn phải được điền đầy nhanh để tránh nhựa bị đông lại.

Trang 18


Hình 2.6 Hệ thống kênh dẫn cách ly dùng đầu phun gia nhiệt trong.
Mặc dù kênh dẫn nhựa cách ly kinh tế và có thời gian chu trình nhanh cho
các chi tiết nhỏ nhưng chúng gây ra nhiều trở ngại vì việc khơng có bất kỳ gián
đoạn trong chu trình và điều khiển nhiệt độ hiệu quả là không thể bảo đảm. Chính vì
vậy, các loại kênh dẫn cách ly hầu như rất ít sử dụng, và khơng cịn cung cấp bởi
nhiều cơng ty. Do đó, ta sẽ khơng đề cập đến loại kênh dẫn nóng này trong các phần
sau nữa.
2.1.3.1.2. So sánh hệ thống gia nhiệt ngoài và gia nhiệt trong.
a. Hệ thống được gia nhiệt từ bên ngoài.
Ưu điểm : Các kênh nhựa lớn tạo ra lưu lượng nhỏ và phân bố nhiệt đều.
Khuyết điểm:
- Nhiệt độ cần cho gia nhiệt ngồi thường phải cao hơn. Ví dụ nhiệt độ
khuôn xấp xỉ 1000C và nhiệt độ bộ chia nhựa tối thiểu 2700C, điều này có nghĩa là
có khác biệt nhiệt độ khoảng 1700C so với khối khuôn, điều này có nghĩa:
- Tính tốn chính xác để ghép đầu phun kênh dẫn nóng với các miệng phun
do có giãn nở nhiệt đáng kể.
- Cơng suất đốt nóng cao hơn.

- Cách ly nhiệt với khối khuôn.
b.Hệ thống được gia nhiệt từ bên trong.
Ưu điểm :
- Yêu cầu về công suất nhiệt của hệ thống thấp hơn.
- Có thể bỏ qua nhiệt độ chênh lệch giữa khuôn và bộ chia nhựa.

Trang 19


- Khuôn rất cứng vững nên không cần định tâm đầu phun và miệng phun.
- Lượng nhựa trong bộ chia nhựa ít nên thời gian lưu lại của nhựa trong bộ
chia nhựa thấp hơn.
Khuyết điểm:
- Đối với hệ thống này, bên trong bề mặt kênh dẫn sẽ hình thành 1 lớp nhựa
đông lại và tạo thành 1 lớp cách nhiệt làm thu hẹp kênh dẫn nên cần áp suất cao
hơn.
- Do tiết diện kênh dẫn nhỏ nên tốc độ dòng chảy thường cao và có thể làm
phá huỷ cấu trúc vật liệu nhựa do tốc độ cắt và nhiệt độ cao. Do đó khơng nên dùng
loại này cho các loại vật liệu nhạy nhiệt.

a) Bộ chia
nhựa gia
nhiệt ngoài

b) Bộ chia
nhựa gia
nhiệt bên
trong

Hình 2.7 Bộ chia nhựa gia nhiệt bên ngồi và bên trong. ( [7] )

Hình 2.8 chỉ ra điều kiện dòng chảy và kết quả phân bố nhiệt trong dòng
nhựa ở cả 2 loại gia nhiệt. Các ưu nhược điểm chính của 2 loại này được thấy rõ
ngay từ hình minh hoạ này.

Trang 20