Tư duy đúc khuôn khoa học: Đúc khuôn là khoa học chứ không phải nghệ thuật
Giới thiệu: Tại sao chúng tôi giới thiệu phương pháp đúc khuôn khoa học?
Ép phun là quá trình chuyển đổi vật liệu nhựa thành vật liệu nhựa nóng chảy có thể chảy được bằng máy ép phun và phun chúng vào khoang khuôn, tại đó chúng được làm mát và đông cứng để tạo thành sản phẩm cuối cùng. Vật liệu nhựa có giá thành rẻ hơn so với các vật liệu khác như kim loại, gỗ và gốm sứ. Ngoài ra, vật liệu nhựa dễ sản xuất các sản phẩm hình học phức tạp với số lượng lớn, vì vậy mọi người liên tục mở rộng ứng dụng của các sản phẩm nhựa sang nhiều loại sản phẩm khác nhau. Tuy nhiên, hành vi chảy phức tạp của nhựa do đặc tính nhớt đàn hồi của chúng đã dẫn đến nhiều trải nghiệm không hợp lý và sai lầm trong quá trình ép phun, điều này có thể dễ dàng dẫn đến sai hướng giải quyết vấn đề.
Ép phun là một khoa học, không phải là một nghệ thuật. Các điều kiện đúc không thể được thiết lập dựa trên cảm xúc hoặc kinh nghiệm. Cần có một bộ kiến thức được hệ thống hóa, để mỗi bước thực hiện được hoàn thành với cơ sở khách quan, không dựa trên các quyết định chủ quan. Kiến thức được hệ thống hóa này là đúc khoa học. Hệ thống đúc khoa học tập trung vào việc học các nguyên tắc và lý thuyết đúc chính, bao gồm nguyên liệu thô, cấu trúc bộ phận, khuôn, thiết bị và các điều kiện đúc cần thiết cho cơ chế vận hành đúc ổn định. Ứng dụng và quản lý chiến lược của hệ thống này là đúc có hệ thống có thể rút ngắn thời gian cần thiết để xây dựng một quy trình đúc ổn định và có thể lặp lại , dẫn đến tăng thời gian vận hành máy, thời gian sản xuất sản phẩm, tỷ lệ phế liệu, v.v. Một hệ thống đúc khoa học có thể đơn giản hóa những thứ phức tạp và lặp lại những thứ đơn giản (được chuẩn hóa).
Khi thợ đúc có thể nắm vững hệ thống đúc khoa học, họ có thể sử dụng hệ thống này để thiết lập quy trình đánh giá đúc. Đánh giá đúc là một quy trình bao gồm "lập kế hoạch, thu thập thông tin, ghi lại kết quả, giải thích dữ liệu" . Quy trình này được chia thành ba giai đoạn: IQ, OQ và PQ (được gọi là 3Q*). Theo hệ thống đúc khoa học và quy trình đánh giá đúc, có thể sử dụng hệ thống thu thập dữ liệu để thiết lập và triển khai quản lý và xác nhận dữ liệu hoạt động đúc hiệu quả và ổn định, đây là nền tảng cho ứng dụng dữ liệu đúc AI.
*Lưu ý: IQ, OQ và PQ (3Q) là tên viết tắt tiếng Anh của Installation Qualification, Operation Qualification và Performance Qualification.
Trong quá trình sản xuất hàng loạt của khuôn ép phun, nhiều yếu tố có thể kiểm soát và không thể kiểm soát có thể làm thay đổi độ nhớt nóng chảy, dẫn đến sự thay đổi về chất lượng đúc. Ví dụ, khi cùng một nhà sản xuất sản xuất nhựa cùng loại nhưng ở các lô khác nhau, độ nhớt thay đổi có thể đạt tới ±10~20% thay đổi. Do đó, kiểm soát độ ổn định độ nhớt nóng chảy đặc biệt quan trọng. Bài báo này sẽ tập trung vào "kỹ thuật thiết lập điều kiện đúc phân đoạn và kiểm soát độ ổn định độ nhớt nóng chảy", đây là nền tảng cốt lõi của hệ thống đúc khoa học. Kỹ thuật thiết lập điều kiện đúc phân đoạn sử dụng các đặc điểm của "làm mỏng lưu biến nhựa" và các kỹ thuật tách/ngắt kết nối đặc biệt để lập kế hoạch cho các điều kiện đúc cho máy thực hiện hiệu quả các hoạt động ở từng giai đoạn (bao gồm làm đầy, giữ áp suất, cấp liệu/làm mát và các quy trình đúc khác). Điều này giúp giảm ảnh hưởng của kết quả thiết lập điều kiện và các biến động về độ nhớt nóng chảy. Hình 1 minh họa mối quan hệ giữa các giai đoạn chính của quá trình đúc khoa học và các điều kiện đúc phun và logic thiết lập.
Hình 1. Thiết lập các điều kiện cho các giai đoạn chính của quá trình ép phun
Như mọi người vẫn nói, chất lượng được "thiết kế và xây dựng", nó không đến từ việc kiểm tra! Chất lượng tạo ra bởi các thiết lập điều kiện ép phun của chúng tôi đến từ thiết kế hay từ việc kiểm tra?
Ảnh hưởng của nhiệt độ nóng chảy đến sự thay đổi độ nhớt
Mỗi loại nhựa có một phạm vi nhiệt độ do nhà cung cấp vật liệu khuyến nghị cho quá trình nấu chảy. Để giảm ảnh hưởng của nhiệt độ nóng chảy đến biến động độ nhớt, có thể chọn một giá trị hợp lý được đặt trong phạm vi này để hoàn thành quá trình đổ đầy, chống nhiễu và đạt được quá trình đúc ổn định cùng một lúc. Như thể hiện trong Hình 2, trong quá trình đúc, nhiệt độ nóng chảy càng cao, giá trị MI càng cao và đặc tính dòng chảy càng tốt. Khi nhiệt độ nóng chảy được đặt ở mức cao hơn, sự thay đổi nhiệt độ nhỏ nhất trong quá trình sản xuất hàng loạt sẽ dẫn đến những thay đổi độ nhớt mạnh, điều này không có lợi cho quá trình đúc ổn định trong thời gian dài. Do đó, nếu nhiệt độ nóng chảy được đặt ở giữa phạm vi do nhà sản xuất vật liệu khuyến nghị, có thể đạt được sự thay đổi độ nhớt ổn định, nhưng nhược điểm là dòng chảy nóng chảy sẽ xấu đi.
Hình 2. Mối quan hệ giữa nhiệt độ nóng chảy và đặc tính dòng chảy
Tốc độ làm đầy tăng lên có lợi cho sản xuất hàng loạt ổn định
Để sản xuất ổn định và lâu dài, mặc dù việc hạ thấp nhiệt độ nóng chảy có thể làm giảm độ chảy của nhựa nhưng có thể cải thiện bằng cách điều chỉnh "tỷ lệ làm đầy".
Ví dụ, trong Hình 3, sự thay đổi độ nhớt (η1) thu được khi thay đổi loại nhựa này trong phạm vi nhiệt độ xử lý được khuyến nghị là 200~230°C thấp hơn nhiều so với sự thay đổi độ nhớt (η2) do sự thay đổi tốc độ cắt. Nói cách khác, thay đổi tốc độ cắt (tức là tốc độ làm đầy) hiệu quả hơn là thay đổi nhiệt độ để có được đặc tính chảy cao của chất nóng chảy.
Hình 3. Mối quan hệ giữa tốc độ cắt, nhiệt độ và độ nhớt
Như thể hiện trong Hình 4, trong quá trình sản xuất hàng loạt, việc tăng tốc độ rót nóng chảy không chỉ đạt được đặc tính dòng chảy tốt hơn mà còn cho phép mặt sóng dòng chảy nóng chảy duy trì độ nhớt ổn định khi tốc độ thay đổi(*). Do đó, miễn là áp suất phun đủ, khi bạn tăng tốc độ rót cần thiết, độ nhớt sẽ không thay đổi đột ngột và cũng giải quyết được vấn đề độ nhớt cao do nhiệt độ nóng chảy thấp hơn không thuận lợi cho việc rót.
*Lưu ý: Cần lưu ý rằng điện trở lớn ở mặt sóng dòng chảy có thể phá vỡ hiện tượng này.
Hình 4. Mối quan hệ giữa tốc độ làm đầy nóng chảy và đặc tính dòng chảy
Tóm tắt: Tốc độ rót có ảnh hưởng lớn hơn nhiều đến độ nhớt so với nhiệt độ nóng chảy. Do đó, việc tăng tốc độ rót có thể bù đắp cho tình trạng chảy nhựa kém do nhiệt độ nóng chảy thấp, có lợi cho sản xuất ổn định lâu dài.
Giảm thiểu tổn thất áp suất truyền có thể làm giảm sản phẩm lỗi
Vào cuối giai đoạn nạp nhựa, độ nhớt thấp của hỗn hợp nóng chảy cũng làm giảm sự giảm áp suất truyền trong giai đoạn giữ áp suất để làm cho áp suất bên trong của hỗn hợp nóng chảy đồng đều; ngược lại, nếu độ nhớt của hỗn hợp nóng chảy cao, nhựa không chảy tốt và sự giảm áp suất truyền cao gây ra sự co ngót không đều, dễ gây ra các vấn đề như cong vênh và biến dạng của sản phẩm.
Tóm tắt: Trong điều kiện đúc khoa học, nhiệt độ nóng chảy thấp + tốc độ rót cao + áp suất rót đủ có thể làm giảm tổn thất truyền áp suất, do đó sản phẩm có thể đạt được độ co ngót đồng đều tốt hơn trong giai đoạn giữ áp suất.
Tăng nhiệt độ khuôn cải thiện độ ổn định kích thước của sản phẩm
Nhìn chung, nhiệt độ khuôn thấp giúp rút ngắn chu kỳ đúc, nhưng tính chất cơ học và độ ổn định kích thước của sản phẩm sau khi đẩy ra không lý tưởng, do đó chất lượng được kiểm tra trước khi giao hàng có thể chỉ là ảo tưởng tạm thời. Ngược lại, nếu nhiệt độ khuôn được đặt ở mức cao, có thể tránh được sự kết tinh lại và ứng suất bên trong còn sót lại, và tính chất cơ học và độ ổn định kích thước của sản phẩm sau khi đẩy ra có thể được cải thiện đáng kể.
Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nóng chảy và độ dài chu kỳ
Trong mối quan hệ giữa nhiệt độ khuôn và nhiệt độ nóng chảy, thợ đúc truyền thống thường sẽ đặt nhiệt độ khuôn thấp hơn và nhiệt độ nóng chảy cao hơn để kiểm soát độ dài chu kỳ đúc của sản phẩm. Tuy nhiên, theo logic của đúc khoa học, nhiệt độ khuôn cao kết hợp với nhiệt độ nóng chảy thấp có thể đạt được các tính chất cơ học và độ ổn định kích thước chính xác. Mặc dù có vẻ như thời gian làm mát sẽ tăng lên, từ thời gian tiêu thụ nhiệt, dưới cùng hiệu suất làm mát, mất ít thời gian hơn để loại bỏ nhiệt cho cài đặt nhiệt độ đúc khoa học so với cài đặt nhiệt độ truyền thống. Do đó, chu kỳ đúc tổng thể có thể không tăng và thậm chí tất cả các điều kiện được thiết lập phù hợp với đặc tính của nhựa và về lâu dài, có thể thực sự nắm bắt được sự ổn định của biến đổi độ nhớt nóng chảy.
Tầm quan trọng của tư duy định hình khoa học
Ép phun là một phần của quy trình sản xuất truyền thống. Với sự phát triển của Công nghiệp 4.0, lĩnh vực ép phun hiện được trang bị nhiều ứng dụng mạng, hướng tới sản xuất thông minh.
Ví dụ, thông tin của máy phun trong sản xuất có thể được nắm bắt theo thời gian thực. Các điều kiện đúc ổn định được thiết lập bởi chương trình đúc. Với kỹ thuật thiết lập các điều kiện đúc phân đoạn, dữ liệu quy trình đúc sẽ được liên kết chặt chẽ với chất lượng sản phẩm và chương trình đúc sẽ có thể xác định cửa sổ chấp nhận chất lượng với OQ, có thể được sử dụng để giám sát chất lượng đúc của sản xuất hàng loạt để tránh tiếp tục sản xuất các sản phẩm lỗi. Hoặc, chúng ta có thể áp dụng giám sát thời gian thực và tự động hiệu chỉnh các điều kiện đúc để giảm thiểu chi phí thời gian chết để khắc phục sự cố. Đây là quản lý sản xuất tự động có nguồn gốc từ việc áp dụng dữ liệu lớn trong giai đoạn đúc phun.
Nền tảng cơ bản cho các ứng dụng dữ liệu đúc thông minh AI này là thiết lập và triển khai các quy trình sản xuất hiệu quả và ổn định dựa trên hệ thống đúc khoa học.
Hình 5. Tư duy định hình khoa học
