Nghiên cứu ảnh hưởng đường hàn đến độ bền tay thắng xe máy được phun ép từ vật liệu Composite

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG ĐƢỜNG HÀN ĐẾN ĐỘ BỀN TAY THẮNG  
XE MÁY ĐƢỢC PHUN ÉP TỪ VẬT LIỆU COMPOSITE  
Phạm Sơn Minh1, Đỗ Thành Trung1, Lƣơng Nguyễn Quốc Điền1, Nguyễn Trƣờng  
Giang 2, Trần Anh Sơn2  
1Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM  
2 Trường Đại học  ách  hoa Tp     
TÓM TẮT: Ép phun là một công nghệ phổ biến được sử dụng để sản xuất ra các sản  
phẩm nhựa. Đối với sản phẩm hai cổng bơm hay sản phẩm tạo lỗ, nó sẽ tạo ra đường hàn  
trên sản phẩm nơi giao nhau của hai dòng chảy. Trong quá trình phun ép nhựa, nhiệt độ  
khuôn vùng hình thành đường hàn, áp suất phun, áp suất giữ và thời gian giữ đều ảnh  
hưởng đến độ bền của đường hàn. Trong nghiên cứu này, chúng ta sẽ khảo sát độ bền của  
đường hàn thông qua chi tiết tay thắng xe máy được phun ép từ vật liệu composite với  
ảnh hưởng của bốn thông số trên. Kết quả nghiên cho thấy rằng khi tăng thời gian giữ, áp  
suất giữ và nhiệt độ khuôn vùng xuất hiện đường hàn tỷ lệ thuận với độ bền đường hàn.  
Áp suất phun sẽ có tỷ lệ nghịch so với độ bền đường hàn.  
Từ khóa: Khuôn phun ép nhựa, gia nhiệt cục bộ, độ bền đường hàn.  
đa dạng về chủng loại và mẫu mã. Từ dụng  
cụ học tập như: bút, thước hay đồ chơi trẻ  
em…cho đến các sản phẩm to và phức tạp  
như: bàn, gế, cửa, pallet, tủ nội thất, chi tiết  
dùng trong oto, vỏ xe máy, vỏ điện  
thoại…với hình dạng và màu sắc rất phong  
phú đang dạng.  
1. GIỚI THIỆU  
Hiện nay vật liệu là một vấn đề cần được  
quan tâm. Hầu hết các máy móc công  
nghiệp đều được cấu thành từ các chi tiết  
với các loại vật liệu khác nhau. Trọng  
lượng của máy củng tăng lên theo số lượng  
chi tiết và vật liệu làm ra chúng. Vấn đề  
giảm trọng lượng máy củng đang được  
quan tâm. Muốn giảm trọng lượng thì chi  
tiết phải nhỏ hơn hay thay đổi vật liệu có  
khối lượng nhẹ hơn. Từ sắt thép chuyển  
sang nhôm, hợp kim nhôm và chuyển sang  
nhựa. Với các tính chất như: độ dẻo dai,  
nhẹ, có thể tái chế, không có những phản  
ứng hóa học với không khí trong điều kiện  
bình thường,…vật liệu nhựa đã thay thế  
hầu hết các loại vật liệu khác như: sắt,  
đồng thau,…Do đó, nhu cầu sử dụng vật  
liệu nhựa trong tương lai sẽ còn rất lớn.  
Trên thị trường hiện nay sản phẩm nhựa rất  
Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của  
các sản phẩm nhựa, công nghệ khuôn mẫu  
nói chung và công nghệ phun ép nhựa nói  
riêng đã có những bước phát triển đáng kể  
nhằm tạo ra các sản phẩm nhựa có kết cấu  
phức tạp và kích thước ngày càng nhỏ hơn  
[1-4]. Trong các dạng sản phẩm nhựa, sản  
phẩm có dạng hình trụ, tròn hay sản phẩm  
có hai cổng bơm với yêu cầu khắc khe về  
độ bền tại đường hàn, kích thước và tính  
thẩm mỹ.  
103  
Trong các nghiên cứu trước đây, công nghệ  
gia nhiệt cảm ứng điện – từ kết hợp với  
làm nguội bằng nước được dùng để tạo ra  
sự biến thiên nhanh nhiệt độ khuôn [5].  
Nghiên cứu này cho thấy phương pháp gia  
nhiệt cảm ứng có thể nhanh chóng tăng  
nhiệt độ bề mặt khuôn có thể được nâng  
lên ở khoảng 22,5°C/s và làm nguội xuống  
ở 4,3°C/s trong phạm vi nhiệt độ từ 110°C  
đến 200°C. Quá trình mô phỏng trong  
nghiên cứu này cũng cho thấy sóng điện từ  
có thể thâm nhập vào phần đáy của các kết  
cấu khuôn, tạo ra hiệu ứng gia nhiệt tại bề  
mặt của các kết cấu này.  
Trong bài báo này, khuôn phun ép thay  
thắng với tiêu chuẩn TCVN 7236:2003 sẽ  
được sử dụng cho quá trình nghiên cứu ảnh  
hưởng của các thông số phun ép đến độ  
bền của chúng. Kích thước của tay thắng  
được sử dụng thử độ bền được trình bài ở  
Hình 1.  
Để đảm bảo độ bền của sản phẩm tại các vị  
trí đường hàn thì nên cần chú trọng các yếu  
tố sau trong quá trình phun ép: đặc tính của  
vật liệu nhựa, thông số phun ép, kết cấu  
khuôn và nhiệt độ khuôn tại vùng hình  
thành đường hàn. Trong đó thông số phun  
ép và nhiệt độ khuôn tại vùng hình thành  
đường hàn giữ vai trò quan trọng, đồng  
thời tùy vào mỗi loại vật liệu mà độ bền  
đường hàn củng khác nhau [6-8].  
Hình 1: Kích thước mẫu thử bền.  
Tấm khuôn dùng cho thí nghiệm sẽ được  
gia công với 2 lòng khuôn, hình dạng tấm  
được trình bày như Hình 2.  
Qua các nghiên cứu trước đây, làm thế nào  
để tăng độ bền của đường hàn là một trong  
những đề tài được các nhà khoa học quan  
tâm. Vì vậy nhầm nghiên cứu kỹ hơn vấn  
đề này, bài báo này sẽ tiến hành thí nghiện  
kiểm chứng các yếu tố ảnh hưởng đến độ  
bền đường hàn đối với tay thắng xe máy  
được phun ép từ vật liệu composite. Và  
làm tiền đề cho việc sản xuất và sử dụng  
đại trà tay thắng xe máy bằng vật liệu  
composite.  
Hình 2: Kết cấu lòng khuôn.  
Trong nghiên cứu này, lòng khuôn được  
thiết kế với một cổng bơm và đã được mô  
phỏng và tính toán về vị trí xuất hiện  
đường hàn. Tại vị trí xuất hiện đường hàn,  
khối insert sẽ được gia nhiệt nhầm làm  
tăng độ bền vị trí xuất hiện đường hàn.  
Kích thước của khối insert được thể hiện ở  
Hình 3.  
2. MÔ TẢ THÍ NGHIỆM.  
104  
Thời gian sấy hạt nhựa là 4 – 4.5h, sau khi  
hoàn tất quá trình sấy hạt nhựa quá trình  
phun ép bắt đầu diễn ra. Các thông số phun  
ép bao gồm nhiệt độ khuôn, nhiệt độ dòng  
chảy, áp suất phun, thời gian phun, tốc độ  
phun, áp suất giữ, thời gian giữ và thời  
gian chu kỳ... Các thông số thay đổi là áp  
suất phun (Injection Pressure), thời gian  
giữ (Packing Time), áp suất giữ (Packing  
Pressure) và nhiệt độ tại vùng insert cần  
được gia nhiệt (Heating). Các giá trị này  
được liệt kê trong Bảng 2. Sau khi các  
tham số này được thay đổi, các tham số  
còn lại sẽ được cố định ở mức trung bình.  
Áp suất phun sẽ dao động trong khoảng 12  
– 24Mpa và khoản tăng là 2Mpa. Thời gian  
phun sẽ dao động trong khoảng 0.5 – 2.5s  
và khoản tăng là 0.5s. Áp suất giữ sẽ dao  
động trong khoản 16 – 20Mpa và khoản  
tăng là 2Mpa. Nhiệt độ vùng insert sẽ dao  
động trong khoản 10 – 90°C và khoảng  
tăng là 20°C.  
Hình 3: Kích thước khối insert.  
Trong những năm gần đây, nghiên cứu về  
ứng dụng vật liệu nhựa vào các ngành ô tô,  
điện tử, robot… ngày càng nhiều. Ta thấy  
rằng vật liệu polyamide được ưu chuộn  
nhất, và cụ thể là nylon 6/ nylon66. Vật  
liệu được sử dụng trong nghiên cứu này là  
polyamide với 30% sợi thủy tinh (PA6 +  
30%GF). Các thông tin về vật liệu PA6 +  
30%GF. được sử dụng và các chỉ số  
khuyến cáo có thể được xem trong Bảng 1.  
Bảng 1: Vật liệu PA6 + 30%GF và các chỉ  
số khuyến nghị.  
Tên vật liệu  
Tên viết tắt  
Chất bổ sung  
Polyamides (nylons)  
PA6  
Sợi thủy tinh (GF)  
30%  
Tỉ lệ chất bổ  
sung  
Nhiệt độ khuôn  
60 - 120 °C  
Nhiệt độ nóng  
chảy  
240–280 °C  
Áp suất giữ  
7.5 Mpa  
9Mpa  
Áp suất phun  
105  
Bảng 2: Thông số phun ép được sử dụng  
trong thí nghiệm.  
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN  
Việc tiếp theo là thử bền với sản phẩm vừa  
được phun ép với các thông số trên. Thiết  
bị thử độ bền đường hàn của tay thắng  
được mô tả như Hình 4. Quy trình kiểm tra  
độ bền tay thắng được thực hiện theo tiêu  
chuẩn TCVN 7236:2003.  
STT Áp suất Áp suất  
Thời  
gian giữ  
(s)  
Nhiệt  
độ  
phun  
giữ  
(Mpa)  
(Mpa)  
(°C)  
1
2
16  
18  
20  
22  
24  
3
16  
4
5
1.5  
6
12  
14  
16  
18  
20  
16  
7
8
50  
9
10  
11  
12  
13  
14  
15  
16  
17  
18  
19  
20  
0.5  
1.0  
1.5  
2.0  
2.5  
Hình 4: Mô hình thử nghiệm bền tay thắng.  
20  
Sau khi thực hiện quá trình phun ép với  
bốn chỉ số thay đổi theo Bảng 2. Ta tiến  
hành kiểm nghiệm độ bền của sản phẩm,  
với 20 trường hợp và mỗi trường hợp gồm  
5 mẫu. Sau khi kiểm nghiệm độ bên ta lấy  
giá trị trung bình của 5 mẫu cho từng  
trường hợp. Độ bền của tay thắng ở vị trí  
đường hàn được thể hiện ở các biểu đồ sau.  
10  
30  
50  
70  
90  
1.6  
106  
Hình 5: Biểu đồ lực khi thay đổi áp xuất  
phun.  
Hình 7: Biểu đồ lực khi thay đổi thời gian  
giữ.  
Hình 6: Biểu đồ lực khi thay đổi áp xuất  
giữ.  
Hình 8: Biểu đồ lực khi thay đổi nhiệt độ  
vùng insert.  
Dựa vào biểu đồ ở Hình 5 ta thấy rằng khi  
tăng áp suất phun thì độ bền của tay thắng  
ở vị trí đường hàn sẽ giảm. Áp suất phun  
tăng thì độ bền của tay thắng sẽ tăng đến  
điểm cực đại. Độ bền đường hàn tay thắng  
sẽ giảm khi áp suất phun vượt quá điểm  
cực đại. Trong khoản khảo sát của áp suất  
phun, ta thấy ở áp suất phun 16Mpa thì độ  
107  
bền của đường hàn đạt giá trị cao nhất ở  
85.6Mpa. Theo lý thuyết khi tăng áp suất  
phun thì độ bền tay thắng sẽ tăng theo.  
Nhưng thực tế khi tăng áp suất phun qua  
điểm cực đại thì độ bền lại giảm.  
4. KẾT LUẬN  
Thông qua nghiên cứu này, đã khảo sát 4  
loại thông số ảnh hưởng đến độ bền đường  
hàng của tay thắng xe máy được chế tạo  
bằng vật liệu composite. Thông qua thí  
nghiệm ta rút ra được một số kết luận sau:  
Dựa vào biểu đồ hình 6, 7, 8 ta thấy rằng  
khi tăng áp suất giữ, thời gian giữ và nhiệt  
độ vùng cần gia nhiệt của insert thì độ bền  
đường hàn của tay thắng sẽ tăng đáng kể.  
Đối với áp suất giữ và thời gian giữ, ta tăng  
chúng sẽ tăng thêm độ nén cho vị trí đường  
hàn, giúp độ bền của chúng tăng lên. Khi  
áp xuất giữ và thời gian giữ lần lượt đạt  
20Mpa và 2.5s thì độ bền tay thắng đạt giá  
trị cao nhất lần lượt là 92.2Mpa và  
89.6Mpa. Thông số cuối cùng được khảo  
sát là nhiệt độ insert vùng cần gia nhiệt, gia  
nhiệt sẽ giúp cho nhiệt độ nhựa được ổn  
định nên dễ điền đầy sản phẩm và dòng  
nhựa dễ dàng hòa lẫn vào nhau dẫn đến độ  
bền đường hàn của tay thắng tăng lên.  
- Trong khoảng giá trị của bốn thông số thí  
nghiệm khảo sát, khi tăng áp suất giữ, thời  
gian giữ và nhiệt độ khuôn vùng xuất hiện  
đường hàn thì độ bền đường hàn càng tăng,  
nhưng độ bền đường hàn lại giảm khi ta  
tăng áp suất phun..  
- Khi nhiệt độ vùng insert được làm lạnh ở  
10°C độ bền đương hàn giảm rỏ rệt. Vì khi  
nhiệt độ lanh sẽ hạn chế quá trình nén, điền  
đầy và hòa lẫn vào nhau của 2 dòng nhựa  
nơi hình thành đường hàn.  
- Điều kiện phun thích hợp nhất cho tay  
thắng được sản xuất từ PA6 + 30%GF  
trong thí nghiệm này: Áp suất phun, áp  
xuất giữ, thời gian giữ và nhiệt dụng vùng  
insert hình thành đường hàn lần lượt là:  
20Mpa, 20Mpa, 1,5s và 50°C. Độ bền sẽ  
đạt tối ưu ở 92.2Mpa.  
- Kết quả thực nghiệm nằm trong giới hạn  
cho phép của tiêu chuẩn Việt Nam TCVN  
7236: 2003. Đồng thời trọng lượng nhẹ gấp  
2 lần nhôm (47.25gam) và nhẹ gấp 7 lần so  
với thép (136.5gam) trong cùng mẫu thử  
108  
TÀI LIỆU THAM KHẢO  
[1] T. Osswald, S. Turng and P. Gramann, Injection Molding Handbook, NXB Hanser;  
Ohio – USA, 2nd Edition, (2008), 764 trang.  
[3] A. I. Isayev, T. H. Lin and K. Kon, Frozen-in birefringence and anisotropic shrinkage in  
optical moldings: II. Comparison of simulations with experiments on light-guide plates  
Polymer, Vol 51, 2010, pp.5623-5639.  
[4] Ananthanarayanan A, Gupta SK, Bruck HA, Mechanical characterization of cold weld-  
lines and meld lines in mesoscopic revolute joints for bio inspired structures.  
Proceedings of the Xith International Congress and Exposition Orlando, Florida USA  
June:2–5, 2010.  
[5] Chen SC, Jong WR, Chang JA, Dynamic mold surface temperature control using  
induction heating and its effects on the surface appearance of weld line. Journal of  
Applied Polymer Science 101, 2006, 1174–1180.  
[6] Chen CS, Chen TJ, Chien RD, Chen SC, Investigation on the weldline strength of thin-  
wall injection molded ABS parts. International Communications in Heat and Mass  
Transfer 34:448– 455. doi:10.1016/j.icheatmasstransfer.2007.01.005.  
[7] Fellahi S, Fisa B, Favis BD (1995) Weldline strength in injection molded HDPE/PA6  
blends: influence of interfacial modification. Journal of Applied Polymer Science 57,  
1995, 1319–1332.  
[8] Guilong W, Guoqun Z, Xiaoxin W, Effects of cavity surface temperature on mechanical  
properties of specimens with and without a weld line in rapid heat cycle molding.  
Materials and Design 46, 2013, 457–472.  
[9] Hashemi S, Effect of temperature on weldline integrity of injection moulded short glass  
fibre and glass bead filled ABS hybrids. Polymer Testing 29, 2010, 327–336.  
[10] Kharbas H, Turng LS, Spindler R, Study of weld-line strength and microstructure of  
injection molded microcellular parts. Int J Adv Manuf TechnolDepartment of  
Mechanical Engineering University of Wisconsin, Madison, 2002.  
109  
1
pdf 8 trang Mãnh Khiết 10/01/2024 20760 Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu ảnh hưởng đường hàn đến độ bền tay thắng xe máy được phun ép từ vật liệu Composite", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfnghien_cuu_anh_huong_duong_han_den_do_ben_tay_thang_xe_may_d.pdf