Andy Tsai, Kỹ sư tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Vật liệu của Moldex3D

Để mô phỏng chính xác và chi tiết quá trình ép phun, chúng tôi khuyến nghị sử dụng phần mềm Moldex3D thực hiện phân tích khuôn toàn diện, cung cấp thông tin đầy đủ về mọi khía cạnh. Tuy nhiên, trước khi đầu tư thời gian vào việc thiết kế khuôn và phân tích phức tạp, các nhà khoa học đã phát triển các công thức tính toán lý thuyết cho các trường hợp cụ thể, giúp ước tính sơ bộ một số thông số quan trọng.

Ví dụ, các công thức này có thể dự đoán tốc độ cắt cho chất lỏng phi Newton dựa trên kích thước cổng phun và độ nhám bề mặt ở các tốc độ dòng chảy khác nhau, hoặc tính toán thời gian làm mát và phân bổ nhiệt độ trên tấm khuôn có độ dày xác định. MHC tích hợp các công thức lý thuyết này vào giao diện tương tác, giúp người dùng dễ dàng thực hiện tính toán sơ bộ. Dưới đây là hai ví dụ minh họa.

Hình 1 Sử dụng công cụ ước tính thiết kế MHC có thể thu được ngay các giá trị lý thuyết của các tham số cụ thể dựa trên lý thuyết cổ điển

Sử dụng lý thuyết để tính toán thời gian làm mát sản phẩm nhựa

Trong ép phun, thời gian làm mát là yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm và công suất làm ra sản phẩm. Trong các thông số ép phun, việc mở khuôn và lấy sản phẩm ra sẽ chiếm phần lớn thời gian của chu kỳ. Nếu thời gian làm mát có thể được đánh giá chính xác, nó sẽ tăng công suất làm ra sản phẩm một cách hiệu quả và giảm chi phí thời gian. Nhựa là chất dẫn nhiệt kém và độ dày của phần nhựa sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả làm mát. Để đánh giá chính xác thời gian làm mát của các sản phẩm nhựa có độ dày khác nhau, các nhà khoa học đã tiến hành phân tích đầy đủ về hoạt động làm mát của các sản phẩm trong khuôn, bao gồm cả thời gian cần thiết để nhiệt độ trung bình trong các sản phẩm nhựa giảm xuống nhiệt độ đẩy ra, v.v. Công thức được rút ra về thời gian làm mát được thể hiện trong Hình 2.

Hình 2 Công thức lý thuyết về nhiệt độ trung bình để đạt đến nhiệt độ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

Chức năng Thời gian làm mát sản phẩm nhựa (Part Cooling Time) trong công cụ ước tính thiết kế MHC là một công cụ thuận tiện để tính toán thời gian làm mát sản phẩm nhựa về mặt lý thuyết. Người dùng có thể nhập trực tiếp các thông số vật liệu từ cơ sở dữ liệu vật liệu bao gồm các đặc tính nhiệt của vật liệu và điều kiện quy trình ép. Việc tính toán cũng có thể được tùy chỉnh theo phạm vi độ dày chi tiết cụ thể. Công cụ ước tính sẽ tính toán thời gian cần thiết để các sản phẩm đạt đến thời gian lấy ra ở các độ dày khác nhau và vẽ đường cong phân bổ nhiệt độ hiển thị nhiệt độ ở các khoảng cách khác nhau tính từ tâm tại thời điểm đó.

Hình 3 Trong tính năng Thời gian làm mát sản phẩm nhựa của MHC Design Estimator, dữ liệu vật liệu có thể được nhập trực tiếp.

Hình 4 Công cụ ước tính MHC có thể vẽ đồ thị: (1) ước tính thời gian làm mát cho các sản phẩm nhựa có độ dày khác nhau (2) Phân bố nhiệt độ khi đạt đến thời gian làm mát

Tính toán lý thuyết tốc độ cắt tại cổng (gate shear rate)

Trong quá trình điền đầy nhựa, nhiệt cắt sẽ được tạo ra. Tốc độ cắt quá mức sẽ khiến nhựa có nhiệt độ cao bất thường hoặc thậm chí có thể gây giảm chất lượng và/hoặc ố vàng. Mặt cắt ngang của cổng thường là mặt cắt nhỏ nhất của toàn bộ bộ phận nên tốc độ cắt tối đa thường xảy ra ở đó. Do đó, trong việc tối ưu hóa kích thước cổng, một trong những cân nhắc quan trọng là tốc độ cắt tối đa tại cổng. Khi chọn kích thước cổng, nếu kích thước cổng quá lớn sẽ dẫn đến thời gian làm lạnh tăng lên, từ đó ảnh hưởng đến năng suất. Ngược lại, nếu cổng quá nhỏ, nó sẽ làm giảm hiệu ứng packing và tăng khả năng xảy ra tốc độ cắt quá mức trong quá trình dòng chảy nhựa qua cổng. Vì vậy, việc đánh giá tốc độ cắt tối đa là rất quan trọng khi thiết kế kích thước cổng. Trong tính năng “Tốc độ cắt tại cổng” trong MHC Design Estimator, người dùng có thể điều chỉnh kích thước cổng để tính toán loại cổng theo các tốc độ dòng chảy khác nhau bằng cách sử dụng các công thức. Công thức tính toán cổng tròn được thể hiện trên Hình 5.

Hình 5 Công thức lý thuyết về tốc độ cắt của cổng nhựa hình dạng tròn và cạnh

Hình 6 Kết quả tính toán tốc độ cắt theo tốc độ dòng chảy và bề mặt/kích thước cổng khác nhau

Tổng kết

Thông qua Design Estimator, người dùng có thể sử dụng lý thuyết cổ điển để đánh giá sơ bộ các giá trị lý thuyết của các vấn đề như kích thước cổng và thời gian làm mát trước khi xây dựng mô hình và tiến hành mô phỏng khuôn hoàn chỉnh. MHC trình bày trực quan các kết quả tính toán bằng nhiều công thức lý thuyết cổ điển khác nhau và được trang bị giao diện nhập liệu thông số đầu vào đơn giản. Thuận tiện cho người dùng tính toán nhanh các giá trị lý thuyết mà không cần phải hiểu sâu về cơ sở lý thuyết, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc đánh giá sơ bộ các thông số ép phun khác nhau trước khi mô phỏng CAE.

Tham khảo thêm tại: Blogs Moldex3D