- Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 1 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan nội dung trong quyển luận văn này với đề tài: “Sử dụng phần mềm CAE để phân tích và khắc phục các lỗi khi ép phun sản phẩm vỏ điện thoại di động SHG sử dụng nhựa PCEH1050” là công trình nghiên cứu và sáng tạo của chính tác giả Phạm Anh Tuấn với sự hướng dẫn của PGS.TS. - Phạm Anh Tuấn Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 2 Danh mục các chữ viết tắt CAD Computer Aided Design Thiết kế với trợ giúp của máy tính CAM Computer Aided Manufacturing Sản xuất có trợ giúp của máy tính CAE Computer Aided Engineering Công nghệ trợ giúp của máy tính ISO International Standards Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế STL Standard Template Library Thư viện mã chuẩn 3D 3 Dimensions 3 chiều PVT Pressure Volume Temperature Áp suất- thể tích- nhiệt độ Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 3 Danh mục các hình vẽ Hình Miêu tả Trang Hình 1.1 Sản phẩm nhựa gia dụng 9 Hình 1.2 Sản phẩm nhựa kỹ thuật 3 Hình 1.3 Kết cấu khuôn ép nhựa 13 Hình 1.4 Kết cấu khuôn 2 tấm sử dụng kênh dẫn nguội 15 Hình 1.5 Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng 16 Hình 1.6 Các bộ phận trong khuôn 3 tấm 17 Hình 1.7 Khuôn nhiều tầng 18 Hình 1.8 lõi bằng chốt xiên 18 Hình 1.9 Áo lõi mặt bên bằng xylanh thủy lực 18 Hình 1.10 Tháo ren trong bằng chốt gặp nhả 19 Hình 1.11 Tháo ren ngoài bằng chốt gập nhả 19 Hình 1.12 Sản phẩm cho khuôn nhiều màu 19 Hình 1.13 Các kiểu bố trí lòng khuôn dạng hình chữ nhật 21 Hình 1.14 Kiểu bố trí lòng khuôn dạng tròn và dạng thẳng 21 Hình 1.15 Hệ thống kênh dẫn 22 Hình 1.16 Vị trí cuống phun 22 Hình 1.17 Kích thước cuống phun cho thiết kế 22 Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 4 Hình 1.18 Tiết diện ngang của một số loại kênh dẫn 23 Hình 1.19 Kích thước cho thiết kế kênh dẫn 23 Hình 1.20 Kích thươc thiết kế đuôi nguội chậm 24 Hình 1.21 Một số hệ thống kênh dẫn nóng 24 Hình 1.22 Cấu tạo kênh dẫn gia nhiệt ngoài 25 Hình 1.23 Cấu tạo kênh dẫn gia nhiệt trong 25 Hình 1.24 Miệng phun trên khuôn 25 Hình 1.25 Kích thước cho thiết kế miệng phun điểm 26 Hình 1.26 Mệng phun ngầm dạng thẳng 27 Hình 1.27 Miệng phun ngầm dạng cong 27 Hình 1.28 Miệng phun không có van 27 Hình 1.29 Miệng phun kiểu có van 28 Hình 1.30 Kích thước làm nguội cho thiết kế 29 Hình 1.31 Dòng chảy của chất làm lạnh 29 Hình 1.32 Bố trí kênh dẫn nguội làm nguội đều sản phẩm 30 Hình 1.33 Kênh dẫn nguội không nên quá dài 31 Hình 1.34 Kiểu bố trí kênh nguội theo từng kênh riêng biệt 31 Hình 1.35 Kiểu bố trí kênh nguội dạng vòng 1 cấp 31 Hình 1.36 Kiểu bố trí kênh nguội dạng vòng nhiều cấp 32 Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 5 Hình 1.37 Các nút điều chỉnh dòng được lắp trên khuôn 32 Hình 1.38 Các nút chỉnh dòng được lắp trên khuôn 32 Hình 1.39 Nút và que làm chênh lệch hướng trên khuôn 33 Hình 1.40 Một số loại nút và que làm chệch hướng trên khuôn 33 Hình 1.41 Chu kỳ ép phun 33 Hình 1.42 Các lĩnh vực ứng dụng CAE 37 Hình 1.43 Các modul của Moldex3D 38 Hình 2.1 Quy trình sản xuất một sản phẩm mới 41 Hình 2.2 Các cách thiết kế phần chuyển tiếp 42 Hình 2.3 Góc bo của chi tiết 43 Hình 2.4 Thông số hình học của gân 43 Hình 2.5 Các kiểu đặt gân 43 Hình 2.6 Quá tình chạy mô phỏng 51 Hình 2.7 Môi trường edesigner 51 Hình 2.8 Môi trường Edesign 52 Hình 2.9 Mối quan hệ giữa kích thước chi tiết- áp suất phun- áp suất giữ áp 56 Hình 2.10 Mối quan hệ giữa co ngót và kích thước chi tiết 56 Hình 2.11 Mối quan hệ PVT của vật liệu Polymer Hình 2.12 Mối quan hệ giữa kích thước – áp suất phun- nhiệt độ 60 Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 6 nóng chảy của nhựa khi Pgiữ áp = 110 Mpa Hình 2.13 Mối quan hệ giữa nhiệt độ nóng chảy và thể tích riêng 61 Hình 2.14 Mối quan hệ giữa kích thước – áp suất phun- nhiệt độ nóng chảy của nhựa khi Pgiữ áp = 150 Mpa 62 Hình 2.15 Mối quan hệ giữa kích thước – áp suất phun- nhiệt độ nóng chảy của nhựa khi Pphun Mpa) 64 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống thực nghiệm tổng thể 67 Hình 3.2 Thước cặp Abolute 307 series 69 Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nóng chảy đến kích thước chi tiết 77 Hình 3.4 Ảnh hưởng của áp suất giữ áp Pgiữ áp đến kích thước chi tiết 78 Hình 3.5 Ảnh hưởng của áp suất phun đến kích thước chi tiết 79 Hình 3.6 Mối quan hệ giữa PVT của vật liệu 79 Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 7 Danh mục các bảng Bảng Miêu tả Trang Bảng 2.1 Thông số công nghệ của chi tiết ép phun 47 Bảng 2.2 Thông số ép phun của vật liệu nhựa Polypropylene 48 Bảng 2.3 Bảng thông số ép phun của nhựa INEOS Polypropelene 49 Bảng 2.4 Các thông số ép phun cho mô phỏng 50 Bảng 2.5 18 bộ thông số thí nghiệm mô phỏng 50 Bảng 2.6 Số liệu chiều dài và chiều rộng của chi tiết sau quá trình mô phỏng 52 Bảng 2.7 Độ sai lệch của chi tiết chạy mô phỏng so với kích thước chuẩn của chi tiết 53 Bảng 2.8 Dung sai cho phép của nhà sản xuất đưa ra đối với chi tiết thiết kế 54 Bảng 2.9 2 bộ thông số ép phun tối ưu 54 Bảng 2.10 Hệ số ảnh hưởng của các miền áp suất phun đến kích thước chi tiết 57 Bảng 2.11 Hệ số biến thiên kích thước của chi tiết khi thay đổi áp suất phun Pphun 57 Bảng 2.12 Hệ số biến thiên kích thước của chi tiết khi tăng áp suất giữ áp Pgiữ áp 58 Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 8 Bảng 2.13 Hệ số biến thiên kích thước của chi tiết trong miền khảo sát Tnóng chảy C) áp suất phun Pphun Mpa), áp suất giữ Pgiữ= 110 Mpa 61 Bảng 2.14 Hệ số biến thiên kích thước của chi tiết trong miền khảo sát T nóng chảy =305-315C, Pphun = 160-240 Mpa, Pgiữ= 150 Mpa 62 Bảng 2.15 Hệ số co ngót của kích thước trong miền khảo sát T nóng chảy C, Pphun = 260-280Mpa, Pgiữ= 210-230 Mpa 64 Bảng 3.1 Các thông số của nhựa PC_EH-1050 68 Bảng 3.2 Các thông số của máy ép phun 69 Bảng 3.3 Các bộ thông số thực nghiệm 70 Bảng 3.4 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 1 70 Bảng 3.5 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 2 71 Bảng 3.6 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 3 71 Bảng 3.7 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 4 72 Bảng 3.8 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 5 72 Bảng 3.9 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 6 73 Bảng 3.10 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 7 74 Bảng 3.11 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 8 74 Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 9 Bảng 3.12 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 9 75 Bảng 3.13 Số liệu đo của bộ thông số thực nghiệm 10 75 Bảng 3.14 Tổng hợp kết quả đo của 10 bộ thông số 76 Bảng 3.15 Hệ số co ngót kích thước chi tiết khi tăng nhiệt độ nóng chảy Tnóng chảy =10C 77 Bảng 3.16 Hệ số biến thiên kích thước chi tiết khi tăng áp suất giữ áp 1 lượng Pgiữ áp =40 (Mpa) 78 Bảng 3.17 Hệ số biến thiên kích thước của chi tiết khi tăng áp suất phun 1 lượng Pphun =40 (Mpa) 78 Bảng 3.18 Hệ số biến thiên kích thước chi tiết của các thông số ảnh hưởng (Tnóng chảy, Pgiữ áp, Pphun) 79 Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 10 PHẦN MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Nhựa là một trong những ngành chiến lược của Việt Nam với tốc độ tăng trưởng cao, nhất là trong nhiều năm trở lại đây với sự đầu tư FDI của rất nhiều nước trên thế giới mở ra hàng loạt các nhà máy sản xuất các sản phẩm liên quan. - Sản phẩm nhựa hiện nay được sản xuất bằng nhiều phương pháp công nghệ khác nhau, trong đó đúc ép phun là một phương pháp gia công nhựa chủ yếu. - Các sản phẩm của đúc ép phun rất đa dạng chủng loại: sản phẩm gia dụng, điện thoại, linh kiện điện tử,… Phương pháp đúc ép phun hiện nay chủ yếu là thử nhiều lần với những chế độ khác nhau để tìm ra bộ chế độ tối ưu cho chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu công nghệ, phương pháp này gây tốn kém thời gian, gây lãng phí nguyên vật liệu và tăng chi phí giá thành. - Vậy vấn đề đặt ra: làm thế nào chúng ta có thể quản lý được các bộ thông số ép phun, quản lý được chất lượng sản phẩm của sản phẩm sau khi ép phun, từ đó giảm thời gian sản xuất, tăng năng suất sản xuất, tiết kiệm chi phí, với những vấn đề được đặt ra như vậy tạo cho tôi mong muốn được nghiên cứu vấn đề này. - Vì vậy, tôi quyết định lựa chọn đề tài: “Sử dụng phần mềm CAE để phân tích và khắc phục các lỗi khi ép phun sản phẩm vỏ điện thoại di động SHG sử dụng nhựa PCEH1050” do PGS.TS. - Lịch sử nghiên cứu Trên thế giới: Trước đây, Tao C. - Chang & Ernest Faision trong “Optimization of weld line quality in injection molding using experimental design approach” [4] đã nghiên cứu và chỉ ra rằng: dạng và vị trí đường hàn phụ thuộc vào việc thiết kế khuôn, thiết kế chi tiết và các điều kiện trong quá trình ép phun. - Phương pháp Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 11 Taguchi có hiệu quả trong việc tối ưu các bộ thông số ép phun và sản phẩm. - Kết quả nghiên cứu chỉ ra nhiệt độ nóng chảy ảnh hưởng nhiều nhất đến chiều rộng đường hàn của nhựa HDPE sử dụng trong nghiên cứu này, tiếp đó là nhiệt độ khuôn và áp suất phun. - Kết quả nghiên cứu của Cheng-Hsien Wu & Wan-Jung Liang trong “Effects of Geometry and Injection-Molding Parameters on Weld-Line Strength” [5] thì đã chỉ ra rằng phương pháp Taguchi thì 4 tham số quy trình ép phun: nhiệt độ nóng chảy, áp lực nén, tốc độ phun, nhiệt độ khuôn được phát hiện là có ảnh hưởng nhiều nhất (theo thứ tự sắp xếp) đến vị trí & kích thước đường hàn bằng cách tiến hành nhiều thử nghiệm thay đổi một nhân tố trong một lần và giữ nguyên các nhân tố khác. - Ngoài ra các tác giả còn đề cập đến kích thước mặt cắt ngang của các vi cấu trúc cũng ảnh hưởng lên đặc tính cơ học của sản phẩm còn lớn hơn cả các tham số quy trình qua thí nghiệm với 5 mẫu thử với các mặt cắt ngang khác nhau được đúc ép phun cùng lúc. - Trong nghiên cứu này, một cuộn cảm hình elip được đưa vào để nung nóng hiệu quả các vị trí được dự đoán xuất hiện đường hàn trên bề mặt đúc, sử dụng phần mềm mô phỏng Moldflow Plastic Insight. - M.Zhai, Y.C.Lam & C.K.Au trong “Runner sizing and weld line positioning for plastics injection moulding with multiple gates“ [7] đã tiếp cận và chỉ rõ được vị trí của những đường hàn bằng việc đo kích cỡ các các kênh dẫn (runner) trong ép phun đa cổng với điều kiện tối ưu hóa vị trí cổng phun. - Tuy nhiên tác giả cũng đánh giá đây chỉ là phương pháp kết hợp song song để điều Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 12 khiển dòng chảy để dẫn đến việc hình thành đường hàn ở tại những vị trí thuộc vùng không khuyết tật. - Trong nước: Đề tài “Đánh giá ứng dụng phần mềm CAE trong khuôn phân tích khuôn nhựa” của Thạc sỹ Nguyễn Văn Hùng chuyên ngành khoa học Chế Tạo Máy. - Đề tài này đã đánh giá ứng dụng phần mềm CAE trong phân tích khuôn nhựa thông qua kết quả so sánh mô phỏng với kết quả thực nhiệm ép phun thực tế để từ đó chọn ra các chế độ ép phun hợp lý. - Đề tài: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế, chế tạo và kiểm nghiệm khuôn ép nhựa cho hộp chỉ nha sỹ” của nhóm sinh viên Mai Văn Tuấn, Nguyễn Văn Trường, Hoàng Văn Quang, Nguyễn Quốc Thắng chuyên ngành chế tạo máy khóa 51. - Đề tài này đã ứng dụng phần mềm CAE Moldex3D để phân tích so sánh các giả pháp bố trí kênh dẫn nhựa, xác định các tham số ép phun bao gồm: phân tích điền đầy, áp suất, đường hàn, rỗ khí, nhiệt độ trong quá trình ép phun đối với khuôn sử dụng kênh dẫn nóng. - Đề tài: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE trong việc thiết kế, kiểm nghiệm và chế tạo khuôn mẫu cho chi tiết nhựa” của nhóm sinh viên Lương Ngọc Mạnh, Nguyễn Đình Sử, Lê Văn Thiện chuyên ngành cơ điện tử khóa 52. - Tuy nhiên từ sự tích lũy và trau rồi kiến thức trên đã dần giúp tôi nghiên cứu và phát triển đề tài “Sử dụng phần mềm CAE để phân tích và khắc phục các lỗi khi ép phun sản phẩm vỏ điện thoại di động SHG sử dụng nhựa PCEH1050” của mình. - Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 13 Mục tiêu chính của luận văn là ứng dụng phần mềm CAE trong phân tích khuôn nhựa thông qua so sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm ép phun thực tế để từ đó chọn các chế độ ép phun hợp lý. - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu các thông số ép phun và ảnh hưởng của các thông số ép phun đến chất lượng sản phẩm vỏ điện thoại. - Phạm vi nghiên cứu: Do điều kiện thời gian nên luận văn chỉ dừng lại ở nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số ép phun đến hàm mục tiêu lỗi đường hàn xuất hiện trên sản phẩm và thiết lập mối quan hệ giữa các thông số và hàm mục tiêu lỗi đường hàn trên sản phẩm để đánh giá sự chính xác giữa kết quả phần mềm mô phỏng CAE và kết quả thực nghiệm. - Tìm hiểu các thông số ép phun và miền tham số khảo sát của các thông số ép phun ảnh hưởng đến kích thước đường hàn của sản phẩm. - Chạy mô phỏng quá trình ép phun trên phần mềm Moldex3D. - Xuất dữ liệu và xử lý kết quả mô phỏng. - Thực nghiệm ép phun và kết quả thực nghiệm. - Chọn bộ thông số tối ưu để giảm thiểu kích thước đường hàn, kết luận. - Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn được thực hiện là kết hợp của lý thuyết và thực nghiệm. - Phương pháp lý thuyết sử dụng phần mềm CAE để chạy mô phỏng toàn bộ quá trình ép phun giống như thực tế để dự đoán & kiểm soát chất lượng của sản phẩm dựa trên kết quả tính toán của quá trình mô phỏng. - Phương pháp thực nghiệm đã được sử dụng để kiểm tra các thông số ảnh hưởng trong quá trình ép phun thực tế và so sánh với phương pháp lý thuyết. - Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 14 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Bằng cách nghiên cứu các kết quả mô phỏng dựa trên phần mềm kết hợp với thực nghiệm, luận văn đã đưa ra được độ sai số giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm và mối quan hệ giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm để từ đó có thể dự đoán các bộ thông số ép phun thực tế dựa trên kết quả mô phỏng của phần mềm Moldex3D. - Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu ứng dụng của phần mềm CAE trong phân tích khuôn nhựa có ý nghĩa thực tiễn như sau: Giúp các nhà sản xuất tiết kiệm chi phí ép phun thử, giảm thời gian đưa sản phẩm ra thị trường từ đó giúp nâng cao năng suất sản xuất. - Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 15 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. - Tổng quan về công nghệ ép phun và các dạng lỗi Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lòng khuôn. - Khi nhựa được làm nguội và đông cứng lại trong lòng khuôn thì khuôn được mở ra và sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn nhờ hệ thống đẩy. - 1.1 Quá trình phát triển công nghệ ép phun Nhựa mà chúng ta dùng ngày nay có nguồn gốc từ cuối thế kỷ 19 khi mà các nhà khoa học châu âu và Mỹ đã nghiên cứu bằng cách trộn nhiều loại cao su và chất phụ gia với nhau. - Tuy nhiên chi phí sản xuất tốn kém, khó chế tạo và dễ cháy. - Cùng với người anh trai Isaiah của mình, Hyatt đã chế tạo ra máy ép phun đầu tiên và được cấp bằng sáng chế năm 1872. - Chiếc máy này tương đối đơn giản so với các máy ép phun đang sử dụng ngày nay. - Máy làm việc tựa như một ống kiêm tiêm, bằng cách sử dụng một piston để ép Luận văn thạc sỹ khoa học Chế Tạo Máy 2011 Học viên: Phạm Anh Tuấn – 11BCTM 16 nhựa xuyên qua xi lanh được làm nóng và đi vào lòng khuôn. - Ngành công nghiệp nhựa phát triển chậm chạm trong những năm này vì sự hạn chế công nghệ. - Ngành công nghiệp nhanh chóng phát triển và mở rộng trong những năm 1940 vì chiến tranh thế giới thứ II đã tạo ra một nhu cầu rất lớn cần sản phẩm tốn ít chi phí, sản xuất hàng loạt. - Năm 1946, nhà phát minh Mỹ James Watson Hendry phát triển máy ép trục vít đầu tiên, cho phép kiểm soát chính xác hơn nhiều tốc độ ép và chất lượng sản phẩm. - t chất dẻo được bán ở Mỹ được sử dụng để đúc ép. - 1.2 Sản phẩm công nghệ ép phun Công nghệ ép phun tạo ra những sản phẩm nhựa có hình dạng phức tạp như ý.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt