Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo

- Trịnh Quang Long TRỊNH QUANG LONG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ TRONG THIẾT KẾ ĐẦU ĐÙN ĐỊNH HÌNH CHẤT DẺO CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC (KỸ THUẬT) CƠ ĐIỆN TỬ KHOÁ 2009 Hà Nội – Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- Trịnh Quang Long NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG SỐ TRONG THIẾT KẾ ĐẦU ĐÙN ĐỊNH HÌNH CHẤT DẺO Chuyên ngành : CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS NGUYỄN VIỆT HÙNG Hà Nội – Năm 2012 Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 1 MỤC LỤC Phần mở đầu 1.
- Lí do chọn đề tài .
- Mục đích chọn đề tài .
- Phương pháp và phạm vi nghiên cứu .
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài .
- Giới thiệu chung về đề tài thiết kế Phần I.
- Tổng quan về chế tạo sản phẩm chất dẻo sử dụng công nghệ đùn……...6 Chương I.
- Công nghệ đùn Những khái niệm cơ bản Cấu trúc của máy đùn một trục vít Trục vít Xilanh Quá trình công nghệ đùn Vùng cấp liệu Vùng nén Vùng làm nóng chảy Sự hình thành áp lực trong máy đùn Đầu tạo hình Chương 2.
- Thiết kế đầu đùn định hình Tính toán phân bố vận tốc và nhiệt độ trong đầu đùn Các phương trình bảo toàn Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 2 2.1.2 Các giả thiết giới hạn và điều kiện biên Giải pháp giải tích cho mô phỏng của các phương trình bảo toàn Sự nghiên cứu ứng sử đàn nhớt của vật liệu Tính toán sự phồng lên của sản phẩm đùn sau khi ra khỏi đầu đùn Đầu đùn của sản phẩm định hình Thiết kế và áp dụng Thiết kế Phần II.
- Ứng dụng phần mềm POLYFLOW trong thiết kế đầu đùn định hình...65 Chương 1.
- Giới thiệu tổng quan về phần mềm Cấu trúc chương trình Các bước giải bài toán Chương 2.
- Bài toán thiết kế Giới thiệu bài toán Các thông số chung của bài toán Bài toán ngược – xác định mặt cắt đầu tạo hình Thiết lập bài toán Kết quả mô phỏng bằng POLYFLOW Sử dụng kết quả Bài toán cân bằng dòng chảy Thiết lập bài toán Kết quả mô phỏng bằng POLYFLOW Sử dụng kết quả Bài toán xuôi Thiết lập bài toán Kết quả mô phỏng bằng POLYFLOW Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 3 2.4.3 Sử dụng kết quả Kết luận và hướng dẫn chung cho thiết kế đầu đùn KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 4 Phần mở đầu 1.
- Lý do chọn đề tài Trên thế giới, nghành sản xuất chất dẻo đã phát triển ở trình độ rất cao.
- Tuy nhiên, trong một vài lĩnh vực của nghành sản xuất chất dẻo ở Việt Nam vẫn còn phát triển rất hạn chế.
- Điển hình là trong thiết kế đầu đùn chất dẻo.
- Hầu như, đầu đùn sản phẩm chất dẻo hiện đang sử dung đều được nhập khẩu từ nước ngoài.
- Vì vậy, khi chọn đề tài tốt nghiệp chúng em đã chọn đề tài thiết kế đầu đùn, cố gắng góp phần nhỏ bé của mình để phát triển nghành sản xuất còn rất nhiều tiềm năng này.
- Mục đích chọn đề tài Chúng em thực hiện đề tài này với mục đích thiết kế ra một đầu đùn chất dẻo cụ thể.
- Với việc sử dụng mô phỏng số, chúng em muốn rằng việc thiết kế đầu đùn chất dẻo trở thành một việc không quá khó khăn, sẽ tiết kiệm được thời gian, tiền bạc mà kết quả vẫn tốt.
- Phương pháp và phạm vi nghiên cứu Với kiến thức chung về vật liệu chất dẻo, gia công và thiết kế đầu đùn, chúng em áp dụng vào mô phỏng số để thực hiện việc thiết kế.
- Phạm vi nghiên cứu là thiết kế đầu đùn định hình với một mặt cắt ngang cụ thể.
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Trước tiên, kết quả của đồ án sẽ tạo ra cơ sở để thiết kế đầu đùn của sản phẩm có mặt cắt hình chữ U.
- Sau đó, người đọc có thể hiểu được những yếu tố ảnh hưởng trong Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 5 công nghệ chế tạo sản phẩm chất dẻo, từ đó có thể đưa ra những giải quyết cụ thể cho vấn đề của mình.
- Gợi ý cho người đọc một công cụ cụ thể trong tính toán thiết kế đầu đùn và gia công sản phẩm chất dẻo, để giảm thời gian, chi phí trong sản xuất mà chất lượng vẫn cao.
- Giới thiệu chung về đề tài thiết kế Đề tài yêu cầu thiết kế đầu đùn sản phẩm có mặt cắt ngang hình chữ U.
- Ứng dụng mô phỏng số để giải quyết bài toán đặt ra, cụ thể là áp dụng phần mềm mô phỏng số POLYFLOW 3.11 .
- Ở đây, với sự mô hình hóa bài toán thực tế đã áp dụng vào phần mềm POLYFLOW để thiết kế đầu đùn, và kiểm tra các điều kiện ảnh hưởng tới việc gia công sản phẩm chất dẻo.
- POLYFLOW là một phần mềm CFD (tính toán động học dòng chảy) dựa trên nền tảng là phần tử hữu hạn trong phân tích gia công chất dẻo và tạo hình thủy tinh.
- POLYFLOW đặc biệt nổi tiếng với thư viện rộng lớn mô hình chất lỏng đàn nhớt.
- Nhờ vào khả năng thiết kế khuôn, khách hàng trên khắp thế giới có thể chế tạo khuôn nhanh hơn rất nhiều hơn so với phương pháp truyền thống: chế tạo và kiểm tra.
- Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 6 Phần I.
- Tổng quan về chế tạo sản phẩm chất dẻo sử dụng công nghệ đùn Chương 1.
- Công nghệ đùn 1.1.
- Những khái niệm cơ bản Quá trình công nghệ đùn như sau: trục vít quay ở trong xilanh trục tròn được nung nóng cố định và trong khe rãnh giữa trục vít và xilanh khối chất dẻo đã được định lượng sẽ được làm nóng chảy, làm nhuyễn, được trục vít vận chuyển lên phía trước và qua khe hở định hình của đầu đùn, nó được đẩy ra ngoài thành sản phẩm.
- Máy đùn thực chất là một thành viên trong dây chuyền sản xuất.
- Một dây chuyền sản xuất bao gồm thiết bị tạo hình, bộ phận chỉnh hình, bộ phận kéo sản phẩm , bộ phận thu sản phẩm hoặc cắt sản phẩm thành từng đoạn nhất định Hình 1.1.
- Sơ đồ khối của dây chuyền đùn Đây là một quy trình nấu chảy và đẩy nhựa liên tục, chủ yếu để sản xuất đại trà các sản phẩm có hình dạng: ống, thanh, sợi, tấm, màng, vỏ bọc dây điện… Để sản xuất những sản phẩm kể trên người ta cần phải có một dây chuyền tập hợp nhiều máy móc có các Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 7 chức năng riêng biệt lại với nhau, gọi chung là dây chuyền thiết bị máy đùn chất dẻo (nhựa).
- 1: Máy đùn nhựa 2: Đầu đùn tạo dạng ống 3: Hệ thống điều chỉnh kích thước 4: Kênh dẫn nước làm nguội 5: Bồn nước làm nguội 6: Hệ thống kéo và định dạng 7: Máy cắt 8: Ống nhựa Hình 1.2.
- Sơ đồ một dây chyền thiết bị máy đùn sản xuất ống dẫn nước 1.1.1 Cấu trúc của máy đùn một trục vít Các phần chính của máy đùn.
- Động cơ - Hộp giảm tốc Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 8 - Trục vít và xilanh - Bộ phận cung cấp liệu Ở trên xilanh được xếp đặt nhiều vùng gia nhiệt, trên mỗi vùng có thể xác định nhiệt độ cho trước một cách riêng biệt, đồng thời có thể điều chỉnh được.
- Khoang cấp liệu thì luôn được làm nguội để ngăn không cho chất dẻo bị cháy ở đó, tránh làm ảnh hưởng tới việc cung cấp vật liệu cho máy.
- Máy đùn nhựa là bộ phận quan trọng nhất trong dây chuyền thiết bị máy đùn, có nhiệm vụ nấu chảy hạt nhựa từ trạng thái rắn sang trạng thái nhão lỏng thông qua các vòng băng đốt nóng được điều chỉnh nhiệt độ từ thấp đến cao.
- Dưới tác dụng của nhiệt bên ngoài và áp suất bên trong của xi-lanh, hạt nhựa nóng chảy dần cùng lúc được đẩy ra phía trước bởi trục vít, cho đến phần cuối xi-lanh, nhựa hoàn toàn chảy lỏng và được đẩy tiếp vào đầu đùn tạo dáng xuyên qua lưới lọc và bộ vỉ phân luồng.
- Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 9 Hình 1.3.
- Hình dáng bên ngoài của máy đùn chất dẻo Hình dáng máy đùn nhựa rất đa dạng, thay đổi tùy theo nhà sản xuất, công suất và sản phẩm.
- Hệ thống truyền lực nối liền động cơ điện và trục trục vít.
- II - Thân máy: bao gồm trục vít nằm bên trong một xi-lanh, bên ngoài xi-lanh được bọc bởi những vòng băng điện trở để đốt nóng, xen kẽ giữa xi-lanh và vòng băng điện trở là hệ thống làm nguội xi-lanh.
- Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 10 III - Đầu máy: bao gồm phần đầu của trục trục vít, tấm vỉ lọc, cùng với cơ phận tiếp giáp với khuôn.
- Trục vít b.
- Bộ phận truyền lực trục trục vít c.
- Hệ thống làm nguội (nước) cho trục vít g.
- Hệ thống vòng bi đỡ trục trục vít h.
- Máy đùn nhựa với các bộ phận bên trong Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 11 Thông thường có 2 loại máy đùn nhựa một trục vít được ứng dụng cho các dây chuyền sản xuất: 1, Máy đùn một trục vít 3 vùng với vùng đưa vào đơn giản.
- 2, Máy đẩy một trục vít 3 vùng với vùng đưa vào trang bị thêm ống lót có rãnh.
- Cấu trúc cơ bản của máy đùn và tên gọi các vùng của trục vít Công suất của máy đùn nhựa phụ thuộc vào những yếu tố sau đây.
- Chỉ số vòng quay (số vòng quay trong 1 phút) của trục vít.
- Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 12 - Hình thể phần tiếp giáp thông với đầu đùn và áp suất tạo nên bởi đầu trục vít.
- Nhiệt độ truyền bên trong xilanh và bên trong trục vít.
- 1.1.1.1 Trục vít Một trong những chi tiết chủ yếu của máy đùn là trục vít, mà hình dạng hình học của nó có ảnh hưởng một cách thực sự đến hoạt động của máy đùn, do đó chỉ rất ít dạng trục vít có thể sử dụng được.
- Các thông số đặc trưng quan trọng của trục vít cần chú ý là.
- Các thông số hình học của trục vít Các kích thước h1, h2 quyết định hệ số nén của trục vít.
- Bước vít và bề rộng cánh vít cũng được xác định thông qua đường kính trục vít t = D, và e = 0,1D.
- Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo Xilanh Trục vít và xilanh tạo thành cụm làm dẻo hóa nhựa của máy đùn.
- Giữa thành xilanh và đầu cánh vít có khe hở khoảng vài dem, như vậy xilanh cùng với trục vít không tiếp xúc với nhau.
- Trong quá trình quay thực tế trục vít ‘bơi’ trong khối chất dẻo nóng chảy.
- Việc sử dụng đoạn nhập liệu có rãnh và độ côn cho phép ta tăng năng suất vận chyển vận liệu của máy đùn.
- Đoạn nạp liệu của xilanh máy đùn trục vít được tạo độ côn và tạo rãnh.
- 1.1.2 Quá trình công nghệ đùn Nhiệm vụ của máy đùn là vận chuyển, làm dẻo và làm nhuyễn vật liệu chất dẻo.
- Các quá trình này được thực hiện trong khoảng không giữa trục vít và xilanh.
- Trục vít được chia ra làm ba vùng cơ bản: Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo 14 - Vùng cấp liệu - Vùng nén - Vùng định lượng 1.1.2.1 Vùng cấp liệu Trong máy đùn một trục vít đoạn cấp liệu vận chuyển vật liệu cứng.
- Điều kiện cơ bản để vận chuyển vật liệu của máy đùn là ma sát giữa vật liệu chất dẻo và trục vít phải nhỏ hơn ma sát giữa chất dẻo và xilanh.
- Như vậy hệ số ma sát giữa chất dẻo và trục vít càng nhỏ hơn hệ số ma sát giữa chất dẻo và xilanh bao nhiêu thì việc vận chuyển chất dẻo trong máy đùn càng thuận lợi bấy nhiêu.
- Ma sát giữa xilanh và chất dẻo phụ thuộc vào chất lượng bề mặt của xilanh và chủng loại chất dẻo được vận chuyển trong xilanh, như vậy công suất vận chuyển cũng bị hạn chế.
- Công suất vận chuyển của máy đùn có đoạn cấp liệu được tạo rãnh và độ côn lớn hơn bình thường, vì rãnh sẽ ngăn cản sự quay theo trục của chất dẻo, như vậy rãnh thể hiện sự tác dụng giống như chúng ta làm tăng hệ số ma sát giữa vật liệu và xilanh.
- 1.1.2.2 Vùng nén Vật liệu chất dẻo đã được nóng chảy được đùn qua khe tạo hình của đầu đùn ra ngoài thành sản phẩm nhờ áp lực nhất định.
- Như vậy trong máy đùn cần phải tạo áp lực.
- Cũng chính áp lực đó tạo điều kiện cho sự giải thoát không khí giữa các hạt cũng như giữa các bột chất dẻo

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt