Giáo trình Công nghệ khuôn mẫu
Thiết bị máy móc ngành nhựa được phản ánh rất rõ thông qua các giai đoạn
đầu tư. Sau năm 1975, cả Thành phố Hồ Chí Minh có 1200 cơ sở sản xuất nhựa,
có khoảng 2000 máy móc các loại. Nhiều cơ sở có tên, có máy móc nhưng chỉ để
nhập nguyên liệu nhựa về bán theo cơ chế quản lý của chế độ cũ; có cơ sở sản xuất
gia đình chen lẫn một số nhà máy lớn như Rạng Ðông, Bình Minh và các nhà máy
thuộc Liên Hiệp Nhựa thành phố.
Ðến nay, cả nước có hơn 5000 máy bao gồm: 3000 máy ép (injection), 1000
máy thổi (bowling injection) và hàng trăm profile các loại trong đó 60-70% là máy
đời mới. Tỷ lệ nhập máy móc thiết bị thông qua cảng Thành phố Hồ Chí Minh với
hơn 99% là máy đời mới (tổng giá trị hơn 26 triệu USD).
Máy móc thiết bị chủ yếu được nhập từ Châu Á. Các công nghệ mới hiện
đại trong 8 ngành kinh tế kỹ thuật nhựa đều đã có mặt tại Việt Nam, tiêu biểu như
các công nghệ sản xuất vi mạch điện tử bằng nhựa, DVD, CD, chai 4 lớp, chai Pet,
Pen, màng ghép phức hợp cao cấp BOPP
Tóm tắt nội dung tài liệu: Giáo trình Công nghệ khuôn mẫu
Quảng Ngãi , 05/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ -------o0o-------- BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ KHUÔN MẪU Bậc: Đại học – Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí – Số tín chỉ: 02 GV: TS. Nguyễn Quận (Chủ biên) GV: KS. Bùi Trung Kiên i MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................... i LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... iv Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP NHỰA ...................................... 1 1.1 TỔNG QUAN .............................................................................................. 1 1.2 CÔNG NGHỆ TẠO SẢN PHẨM NHỰA ................................................... 3 1.2.1 Thiết bị .................................................................................................. 3 1.2.2 Công nghệ ............................................................................................. 3 1.3 MÁY PHUN NHỰA .................................................................................... 4 1.3.1 Phân loại ................................................................................................ 4 1.3.2 Cấu tạp máy ép phun ............................................................................. 6 1.4 NHỰA VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NHỰA ......................................................... 7 1.4.1 Khái niệm .............................................................................................. 7 1.4.2 Phân loại nhựa ....................................................................................... 7 1.4.3 Một số đặc tính của nhựa ...................................................................... 8 1.4.4 Ứng dụng ............................................................................................. 11 CÂU HỎI ÔN TẬP .......................................................................................... 12 Chương 2 : CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA KHUÔN ÉP NHỰA.............................. 13 2.1 CÁC CHI TIẾT CƠ BẢN CỦA KHUÔN ................................................. 13 2.1.1 Cấu tạo cơ bản của khuôn ................................................................... 13 2.1.2 Các chi tiết cơ bản trong khuôn .......................................................... 14 2.2 HỆ THỐNG KÊNH DẪN NHỰA ............................................................. 20 2.2.1 Cấu tạo chung kênh dẫn nhựa ............................................................. 20 2.2.2 Nguyên tắc hoạt động.......................................................................... 20 ii 2.2.3 Các chi tiết cơ bản trong kênh dẫn nhựa ............................................. 21 2.3 HỆ THỐNG TY ĐẨY SẢN PHẨM .......................................................... 29 2.3.1 Khái niệm hệ thống đẩy ...................................................................... 29 2.3.2 Nguyên lý hoạt động ........................................................................... 30 2.3.3 Các hệ thống đẩy thường dùng ........................................................... 30 2.4 HỆ THỐNG LÀM NGUỘI KHUÔN ........................................................ 33 2.4.1 Mục đích.............................................................................................. 33 2.4.2 Cấu tạo ................................................................................................ 34 2.4.3 Các qui luật khi thiết kế kênh làm nguội ............................................ 35 2.4.4 Các kiểu kênh làm nguội khuôn ........................................................ 38 2.4.5 Tính lưu lượng nước làm nguội .......................................................... 40 2.4.6 Thời gian làm nguội ............................................................................ 41 2.5 CƠ CẤU DẪN ĐỘNG CÓ CỤM DI TRƯỢT SLIDE .............................. 41 2.5.1 Cụm di trượt cho Undercut mặt ngoài ................................................ 43 2.5.2 Cụm di trượt cho Undercut mặt trong ................................................. 45 2.6 MỘT SỐ KẾT CẤU KHUÔN ĐIỂN HÌNH ............................................. 46 2.6.1 Khuôn hai tấm ..................................................................................... 46 2.6.2 Khuôn ba tấm ...................................................................................... 46 2.6.3 Khuôn nhiều tầng ................................................................................ 48 CÂU HỎI ÔN TẬP .......................................................................................... 49 Chương 3 : CƠ SỞ THIẾT KẾ KHUÔN ............................................................. 50 3.1 NHỮNG NGUYÊN TÁC THIẾT KẾ KHUÔN ........................................ 50 3.1.1 Góc thoát khuôn .................................................................................. 50 3.1.2 Bề dày.................................................................................................. 51 3.1.3 Dòng đồng hướng .............................................................................. 52 iii 3.1.4 Cân bằng dòng.................................................................................... 52 3.2 TIẾP CẬN HỆ THỐNG ĐỂ THIẾT KẾ KHUÔN ................................. 52 3.3 ƯỚC TÍNH ĐỘ CO RÚT SẢN PHẨM................................................... 53 3.4 PHÂN BỐ SẢN PHẨM VÀ XÁC ĐỊNH LÒNG KHUÔN ................... 56 3.4.1 Số lòng khuôn tính theo số lượng lô sản phẩm ................................... 56 3.4.2 Số lòng khuôn tính theo năng xuất phun của máy .............................. 56 3.4.3 Số lòng khuôn tính theo năng xuất làm dẻo của máy ......................... 57 3.4.4 Số lòng khuôn tính theo lực kẹp khuôn của máy ................................ 57 3.4.5 Số lòng khuôn theo kích thước tấm gá đặt trên máy ép ...................... 57 CÂU HỎI ÔN TẬP .......................................................................................... 57 Chương 4 : CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CAE TRONG THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH GIA CÔNG VÀ PHÂN TÍCH DÒNG CHẢY nhựa .......................................... 58 4.1 KHÁI NIỆM............................................................................................... 58 4.2 ỨNG DỤNG CAD TRONG THIẾT KẾ KHUÔN ................................. 59 4.3 ỨNG DỤNG CAM TRONG LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT ...... 63 4.4 ỨNG DỤNG CAE TRONG PHÂN TÍCH TỐI ƯU DÒNG CHẢY ..... 68 4.4.1 Giới thiệu chung về phần mềm Moldflow: ......................................... 69 4.4.2 Trình tự phân tích, tối ưu thiết kế bằng Moldflow Plastics Insight .... 72 4.4.3 Mô phỏng các quá trình ...................................................................... 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 79 iv LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, việc sử dụng các khuôn mẫu để đúc ra những chi tiết phức tạp và chính xác có tốc độ phát triển nhanh do tính công nghệ và hiệu quả cao của công nghệ này. Một trong những sản phẩm được sản xuất việc đúc đó là sản phẩm nhựa. Sản phẩm nhựa Việt Nam đã có mặt trên 40 quốc gia và vẫn không ngừng tăng trưởng. Ngành nhựa phát triển lớn mạnh kéo theo sự ra đời của nền công nghiệp khuôn mẫu để hỗ trợ là điều tất yếu. Chính điều này đã tạo nên một cơ hội cũng như những thách thức cho đội ngũ các kỹ sư trong lĩnh vực khuôn mẫu. Hiện nay, ngành công nghệ khuôn mẫu có nhiều phát triển vượt bậc, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của việc ứng dụng CAD/CAM/CNC-CAE vào thiết kế và lập quy trình sản xuất, ngành công nghiệp khuôn mẫu dần khẳng định được vị trí của mình trong nền công nghiệp nước nhà. Học phần “Công nghệ khuôn mẫu” là học phần khối kiến thức chuyên môn, học phần này trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về cơ sở lý thuyết của khuôn mẫu và chế tạo khuôn mẫu trong ngành nhựa. Trong quá trình biên soạn, không thể tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm tác giả rất mong nhận được sự góp ý của người đọc để các lần biên soạn sau được hoàn thiện hơn. Quảng Ngãi, 05/2017 Nhóm biên soạn Chương 1: Tổng quan về công nghiệp nhựa 1 Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP NHỰA 1.1 TỔNG QUAN Trong hơn 10 năm qua, ngành nhựa Việt Nam liên tục phát triển với tốc độ bình quân 16-18%/năm (chỉ sau nghành viễn thông và dệt may). Có những mặt hàng tốc độ tăng trưởng đạt gần 100%. Với tốc độ phát triển nhanh, ngành Nhựa đang được coi là một ngành năng động trong nền kinh tế Việt Nam. Sự tăng trưởng đó xuất phát từ thị trường rộng, tiềm năng lớn và đặc biệt là ngành nhựa Việt Nam mới chỉ ở bước đầu của sự phát triển so với thế giới và sản phẩm nhựa được phát huy sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống bao gồm sản phẩm bao bì nhựa, sản phẩm nhựa vật liệu xây dựng, sản phẩm nhựa gia dụng và sản phẩm nhựa kỹ thuật cao. Năm 2015, ngành Nhựa sản xuất và tiêu thụ gần năm triệu tấn sản phẩm. Nếu sản phẩm nhựa tính trên đầu người năm 1990 chỉ đạt 3,8 kg/năm thì nay đã tăng lên 41 kg/năm. Mức tăng này cho thấy nhu cầu sử dụng sản phẩm của ngành Nhựa ở trong nước ngày một tăng lên. Nhiều doanh nghiệp tạo dựng được những thương hiệu sản phẩm uy tín trong nước như: ống nhựa của Bình Minh, Tiền Phong, Minh Hùng; bao bì nhựa của Rạng Đông, Tân Tiến, Vân Ðồn; chai PET và chai ba lớp của Oai Hùng, Ngọc Nghĩa, Tân Phú v.v. Hình 1.1: Biểu đồ tiêu thụ Nhựa theo các năm Chương 1: Tổng quan về công nghiệp nhựa 2 Hơn 70% tổng sản lượng là của khối doanh nghiệp tư nhân. Nhiều doanh nghiệp tư nhân có quy mô lớn như Duy Tân, Tân Đại Hưng, Phước Thạnh, Thành Lợi, Long Thành, Đệ Nhất, Đạt Hòa, Đại Đồng Tiến, Quán Quân, Biti's, Hừng Sáng... Giá trị tài sản của những đơn vị này lên đến hàng chục triệu USD, có đơn vị hàng trăm triệu USD. Hầu hết những công ty nhựa lớn của Việt Nam đều tập trung tại TP Hồ Chí Minh và các tỉnh thành lân cận. Sản phẩm nhựa có mặt hầu hết các ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, thủy sản, xây dựng, điện điện tử. Ngay trong mỗi gia đình cũng xuất hiện nhiều sản phẩm của ngành nhựa Việt Nam, từ những chiếc hộp đựng tăm, xà phòng, ly, tách, dày dép Những sản phẩm cấp cao đòi hỏi chất lượng cao như ống dẫn dầu, đồ nhựa cho ô tô, máy vi tính cũng đã được các doanh nghiệp nhựa sản xuất thành công. Trong vài năm gần đây thì đồ trang trí nội thất bằng nhựa cũng đã được người tiêu dùng chấp nhận. Những sản phẩm nội thất nhựa như giường, tủ, bàn ghế, giá sách, kệ tivi... được sản xuất từ nguyên liệu cao cấp kết hợp với xử lý nhờ các công nghệ mới của các doanh nghiệp Đại Đồng Tiến, Duy Tân... được người tiêu dùng đánh giá không chỉ rẻ mà còn tiện dụng, dễ lắp ráp và độ bền của sản phẩm cao. Những sản phẩm này đa dạng về mẫu mã, màu sắc, cơ động khi tạo hình, tiện lợi khi kê, lắp ráp cho nhà cửa. Ngoài ra chúng còn chịu được nước, độ ẩm không khí và có tính kháng lão hóa. Hình 1.2: Biểu đồ tỉ lệ dùng nhựa cho các lĩnh vực Chương 1: Tổng quan về công nghiệp nhựa 3 1.2 CÔNG NGHỆ TẠO SẢN PHẨM NHỰA 1.2.1 Thiết bị Thiết bị máy móc ngành nhựa được phản ánh rất rõ thông qua các giai đoạn đầu tư. Sau năm 1975, cả Thành phố Hồ Chí Minh có 1200 cơ sở sản xuất nhựa, có khoảng 2000 máy móc các loại. Nhiều cơ sở có tên, có máy móc nhưng chỉ để nhập nguyên liệu nhựa về bán theo cơ chế quản lý của chế độ cũ; có cơ sở sản xuất gia đình chen lẫn một số nhà máy lớn như Rạng Ðông, Bình Minh và các nhà máy thuộc Liên Hiệp Nhựa thành phố. Ðến nay, cả nước có hơn 5000 máy bao gồm: 3000 máy ép (injection), 1000 máy thổi (bowling injection) và hàng trăm profile các loại trong đó 60-70% là máy đời mới. Tỷ lệ nhập máy móc thiết bị thông qua cảng Thành phố Hồ Chí Minh với hơn 99% là máy đời mới (tổng giá trị hơn 26 triệu USD). Máy móc thiết bị chủ yếu được nhập từ Châu Á. Các công nghệ mới hiện đại trong 8 ngành kinh tế kỹ thuật nhựa đều đã có mặt tại Việt Nam, tiêu biểu như các công nghệ sản xuất vi mạch điện tử bằng nhựa, DVD, CD, chai 4 lớp, chai Pet, Pen, màng ghép phức hợp cao cấp BOPP 1.2.2 Công nghệ Các công nghệ mà Việt Nam sử dụng để sản xuất các sản phẩm nhựa bao gồm: Công nghệ phun ép (Injection technology): công nghệ này được sử dụng để làm cho các thành phần nhựa và phụ tùng cho các thiết bị điện tử, điện lực, xe máy và ngành công nghiệp ô tô. Theo các chuyên gia công nghiệp, có khoảng 3.000 loại thiết bị phun ép tại Việt Nam. Công nghệ đùn-thổi (Blow-Extrusion technology): đây là công nghệ thổi màng, sản xuất ra các loại vật liệu bao bì nhựa từ màng, dùng trong các công nghệ thổi túi PE, PP và màng (cán màng PVC). Hiện nay nhiều doanh nghiệp nhựa sử dụng công nghệ đùn thổi bằng nhiều thiết bị nhập từ các nước, nhiều thế hệ để sản xuất các sản phẩm bao bì nhựa. Chương 1: Tổng quan về công nghiệp nhựa 4 Công nghệ sản xuất nhựa sử dụng thanh Profile (Profile Technology): ở Việt Nam, công nghệ này được sử dụng để làm các sản phẩm như ống thoát nước PVC, ống cấp nước PE, ống nhôm nhựa, cáp quang, cửa ra vào PVC, khung hình, tấm lợp, phủ tường, v.v Nói chung, rất nhiều công nghệ sản xuất nhựa tiên tiến đang được áp dụng tại Việt Nam, tuy nhiên chưa được phổ biến. Từ năm 2005, nhiều nhà sản xuất nhựa tại Việt Nam đã đầu tư đáng kể vào việc nâng cấp trang thiết bị sản xuất và máy móc của họ để cải thiện sản phẩm nhựa của họ về chất lượng và thiết kế, từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh tại thị trường trong nước và quốc tế. Ví dụ, một vài công ty lớn đang sản xuất sản phẩm nhựa chất lượng và công nghệ cao sử dụng thiết bị tiên tiến và máy móc nhập khẩu từ Đức, Italy và Nhật Bản. Xu hướng này sẽ tiếp tục khi mà ngành công nghiệp nhựa Việt Nam phấn đấu để duy trì khả năng cạnh tranh của mình và mở rộng năng lực thâm nhập trên thị trường thế giới. 1.3 MÁY PHUN NHỰA 1.3.1 Phân loại Máy ép nhựa còn được gọi là máy thành hình hay máy ép phun, là loại máy móc chuyên dụng được sử dụng nhiều trong dây chuyền công nghệ ép phun. Máy ép nhựa có tác dụng giữ khuôn đóng lại cố định trong quá trình đẩy nhựa nóng chảy bằng một áp lực phun vào bên trong lõi khuôn để điền đầy lòng khuôn và mở khuôn ra sau khi sản phẩm được làm nguội sau đó đẩy sản phẩm ra ngoài thông qua hệ thống lói. Có 2 loại máy ép nhựa chính đó là máy ép nhựa ngang (Horizontal Ejection Molding machine, Hình 1.3) và máy ép nhựa đứng (Vertical Ejection Molding machine, Hình 1.4). Về nguyên lý hoạt động thì 2 loại máy ép nhựa này giống nhau. Tuy nhiên về cách bố trí thì khác nhau. Máy ép nhựa đứng thì chiếm nhiều không gian về chiều cao. Máy ép nhựa ngang thì chiếm nhiều không gian về chiều rộng. Chương 1: Tổng quan về công nghiệp nhựa 5 Hình 1.3: Máy ép nhựa ngang Hình 1.4: Máy nhựa đứng Trong thực tế, máy ép nhựa ngang được sử dụng phổ biến hơn nhờ giá thành rẻ hơn, an toàn hơn và đa dụng hơn so với máy ép nhựa đứng. Máy ép nhựa đứng được sử dụng nhiều trong các công ty làm khuôn insert, khuôn đổi lỏi trực tiếp trên máy ép vì nó thuận tiện cho người thao tác. Chương 1 ... KHUÔN Phần thiết kế với sự trợ giúp của máy tính – CAD đã được học và nghiên cứu nhiều trong các môn học trước. Trong phần nội dung bài giảng này sẽ chủ yếu tập trung ứng dụng mảng CAD trong phần mềm Creo trong việc tách khuôn sản phẩm nhựa. Chi tiết thiết kế được tạo sẵn trước như hình: Hình 4.1. Chi tiết khay Trình tự tiến hành tách khuôn được tiến hành như sau: Mở creo và chọn môi trường làm việc: Vào menu File / New / Manufacturing và chọn lựa chọn Mold cavity Nhập chi tiết cần gia công: Vào menu MOLD / Mold Model / Assemble / Ref Part / Chi tiết gia công / Open / OK Tạo cơ cấu trượt mặt bên theo kiểu Gather Click icon Mold Volume sau đó vào menu Edit > Gather volume VOL GATHER > Define > GATHER STEPS > Done (chấp nhận 2 tùy chọn mặc định Select và Close) Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 60 GATHER SEL > Surf & Bnd > Done Chọn bề mặt như hình và chú ý dưới thanh trạng thái của Pro/E đưa ra thông báo Specify bounding surfaces to limit the surfaces Click chọn thành bên của chi tiết Hình 4.2: Chọn mặt trượt bên FEATURE REFS > Done Refs > SUR BND > Done Return CLOSE LOOP > Define > CLOSURE > Cap Plane & All Loop > Done Xuất hiện dòng thông báo Select or create a plane to cap the gathered volume Chọn mặt ngoài cùng bên phải của phôi CLOSURE > Done > CLOSE LOOP > Done/Return > VOL GATHER >Done Kết quả được 1 volume như hình sau Hình 4.3: Tạo thể tích cho UnderCut Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 61 Click để kết thúc quá trình tạo Slide Tạo đường silhouette và mặt phân khuôn Skirt Tương tự như những bài trước. Chú ý dùng tùy chọn Slide để loại bỏ đường curve không cần thiết khi tạo đường Silhoutte Curve Tách khuôn Click nút trên thanh công cụ Mold/Cast Manufacturing SPLIT VOLUME > Two volumes > All Wrkpcs > Done Chọn mặt phân khuôn Skirt. Click OK trong menu Select và click OK trong hộp thoại Split Xuất hiện hộp thoại Properties, bạn có thể click OK để chấp nhận tên mặc định hoặc click nút Shade để coi hình dạng của volume được tách ra và đặt tên (CORE hay CAVITY) cho dễ nhớ Thực hiện tương tự cho volume thứ hai Hình 4.4: Khuôn được tách Tách phần con trượt ra khỏi tấm khuôn dưới Click nút trên thanh công cụ Mold/Cast Manufacturing SPLIT VOLUME > One volume > Mold Component > Done Trong hộp thoại Search Tool, chọn đúng thể tích khuôn cần tách sau đó đóng hộp thoại Search Tool Chọn mặt phân khuôn là phần con trượt tạo lúc ban đầu Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 62 Trong menu ISLAND LIST, chọn đánh dấu chọn Island 2 và click Done Sel Click OK để đóng của số Split Đặt tên cho thể tích khuôn mới là SLIDE Xuất ra các tấm khuôn và mở khuôn Từ menu MOLD > Mold Comp > Extract Xuất hiện hộp thoại Create Mold Component, click nút để chọn tất cả các tấm khuôn và click OK Click Done/Return trong menu MOLD COMP để hoàn tất việc tách khuôn Kết quả được như hình Hình 4.5: Phần con trượt được tách Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 63 4.3 ỨNG DỤNG CAM TRONG LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT Bước 1: Tạo file mới gia công Khởi động creo chọn New/ Manufacturing/ NC Assembly/ đặt tên cho thư mục làm việc Name Pick chuột chọn OK thoát khỏ hộp thoại New ngay lập tức xuất hiện cửa sổ New File Option chọn dơn vị là mmns_mfg_nc Hình 4.6: Thiết lập ban đầu Chọn Ok để thoát khỏi hộp thoại New File Option. Giao diện chính của Modul/MFG xuất hiện Bước 2: Tiến hành nhập chi tiết gia công : Trên Menu Manager chọn Mfg Model/Assemble/Ref Model/ chọn thư mục lấy file cần gia công pick Ok. Chi tiết xuất hiện như hình dưới: Hình 4.7: Chèn chi tiết gia công Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 64 Sau đó chọn chi tiết gia công khuon_tren_bai9 như hình sau Hình 4.8: Hộp thoại chèn chi tiết Chi tiết gia công khuon_tren_bai9 được hiển thị như hình Hình 4.9: Chi tiết gia công được chèn vào Chọn Default để định nghĩa vị trí chuẩn cho mẫu chọn để kết thúc lệnh bạn chọn Ok/Done/Return, như vậy ta đã thực hiện xong phần nhập chi tiết gia công Bước 3: Tạo phôi cho quá trình gia công Việc tạo phôi đựơc thực hiện theo 2 cách: Cách 1: (nhanh nhất) pick chuột vào biểu tượng tạo phôi tự động bên phải màn hình. Cách 2: Vào Mfg Model/Create/Workpiece/đặt tên phôi. Tiếp tục ta chọn Solid/Protruction/Extrude/Done để tiến hành vẽ phôi. Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 65 Chọn để thoát khỏi môi trường tạo phôi Chi tiết sau khi lồng phôi Hình 4.10: Tạo phôi cho chi tiết gia công Bước 4: Thiết lập gốc toạ độ cho quá trình gia công: tạo hệ tọa độ tại mặt trên tâm chi tiết như hình sau Hình 4.11: Thiết lập gốc tọa độ gia công Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 66 Bước 5: Chọn máy gia công Từ Menu/MANUFACTURE chọn Mfg Setup cửa sổ Operation Setup xuất hiện Pick chuột chọn biểu tượng hộp thoại khai báo máy Machine Tool Setup xuất hiện ở đây ta chọn máy là Mill (Máy phay) số trục là 3Axis/ Apply/ Ok như hình bên Hình 4.12: Thiết lập máy gia công Bước 6: Khai báo dao cắt. Thực hiện: Machine Tool Setup > Tool Manager. Hình 4.13: Thiết lập thông số dao Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 67 Bước 7: Chuẩn bị chu trình (gồm chọn chuẩn máy và mặt phẳng an toàn). Thực hiện: Operation > Ok. Hình 4.14: Thiết lập mặt phẳng an toàn Bước 8: Tạo các chu trình gia công như gia công Mill Face, Mill Volume,... Bước 9: Mô phỏng chuyển động chạy dao. Thực hiện: trên cây lệnh click chuột phải vào chu trình Roughing, chọn Play Path. Hình 4.15: Mô phỏng phay mặt phẳng Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 68 Hình 4.16: Mô phỏng phay thể tích Bước 10: Xuất chương trình NC. Thực hiện: Chọn chu trình > Pay Path > File > Save as MCD > output > chọn Post Processer. Vào thư mục làm việc mở file *.tap, đó chính là chương trình NC mà phần mềm tự động tạo ra. 4.4 ỨNG DỤNG CAE TRONG PHÂN TÍCH TỐI ƯU DÒNG CHẢY Để tạo được sản phẩm nhựa tốt là phải nắm rõ thuyết lưu biến nhựa, các vấn đề áp suất, nhiệt độ, độ nhớt, vận tốc dòng chảy của nhựa trong khuôn, Những vấn đề này nghe có vẻ mơ hồ nhưng cực kỳ quan trọng trong công tác thiết kế. Vì đa phần những lỗi phát sinh trên sản phẩm như điền không đầy (Short shot), đường hàn (Welding line), Ba via (Flash), cháy nhựa (Burn), cong vênh (Warpage), nứt gãy (Crack), trầy sướt (Splay), đều là do vấn đề thứ hai này mà ra. Câu hỏi đặt ra cho vấn đề này thường là: “Làm sao chọn vị trí và kích thước cổng bơm nhựa tối ưu? Hệ thống làm mát như vậy đạt chưa? Cổng thoát khí nên đặt ở chổ nào? Sản phẩm này ép ra bị co rút bao nhiêu, co nhiều nhất ở đâu, kích Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 69 thước sai lệch cho những vị trí lắp ghép là bao nhiêu? Tại sao sản phẩm ép ra để trong kho khoảng một tháng lại bị rạn nứt? Khắc phục như thế nào? .... Và câu hỏi thường làm cho người làm khuôn lúng túng, kể cả những người đã có mấy chục năm trong nghề. Thực tế trên thế giới người ta vẫn đang cố gắng trả lời các câu hỏi mà chúng ta cũng đang quan tâm, nhưng có lẽ đáp án tối ưu nhất chỉ có thể là kỹ thuật mô phỏng CAE. Giải pháp CAE giúp người ta mô phỏng các công đoạn từ thiết kế đến sản xuất ngay trên máy tính trước khi đưa vào sản xuất thực tế, dự đoán trước các vấn đề có thể phát sinh, tối ưu hóa bảng vẽ thiết kế, gia công, lắp ráp, do đó hạn chế đến mức tối thiểu rủi ro phát sinh. CAE trong lĩnh vực khuôn mẫu cho phép ta tính toán kết cấu và sức bền của khuôn, mô phỏng dòng chảy của nhựa trong khuôn từ đó dự đoán trước các vấn đề phát sinh, đề suất giải pháp xử lí tối ưu. Do đó hạn chế được số lần thử khuôn, chất lượng sản phẩm ép ra được đảm bảo. Độ chính xác của những phân tích CAE phụ thuộc vào độ chính xác của phần mềm tính toán, khả năng thao tác phần mềm và kinh nghiệm chuyên môn của những kỹ sư CAE, mà phần mềm CAE là những phần mềm đắt và ít phổ biến bằng các phần mềm CAD/CAM khác. Số lượng người sử dụng không nhiều do đòi hỏi kinh nghiệm chuyên môn. Xu hướng mô phỏng CAE đang phát triển mạnh mẽ trên thế giới, và tại Việt Nam cũng không thể nằm ngoài xu hướng đó. Khai thác và ứng dụng các phần mềm CAE vào sản xuất là một nhu cầu cấp thiết đặt ra cho các nhà sản xuất nước ta hiện nay 4.4.1 Giới thiệu chung về phần mềm Moldflow: Moldflow là hãng chuyên cung cấp các phần mềm và giải pháp trong lãnh vực phân tích, mô phỏng, tối ưu hóa điều kiện công nghệ ứng dụng trong ngành sản xuất ra sản phẩm nhựa bằng công nghệ ép phun. Moldflow của hãng AutoDesk là sản phẩm hàng đầu sử dụng công nghệ mô phỏng chuyên sâu để kiểm tra tính hợp lý của bản thiết kế chi tiết và khuôn, cung Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 70 cấp những thông số cần thiết hỗ trợ việc thiết kế khuôn mẫu để sản xuất ra các chi tiết nhựa có chất lượng. Là một phần mềm CAE, Moldflow phân tích chuyên sâu quá trình đúc phun và dùng để dự đoán và giải các bài toán sản xuất trước khi chúng được đưa vào thực tế. Moldflow có khả năng mô phỏng các quá trình phun nhựa, nén đặc, làm mát và những hiện tượng xảy ra cho vật đúc như co nhiệt, cong vênh. Moldflow sử dụng một công nghệ dựa trên lưới phần tử hữu hạn cho phép ta tiến hành mô phỏng trên nền 3D cho mọi chi tiết nhựa từ thành mỏng tới vật rất dày hoặc vật có cả thành mỏng lẫn thành dày. Moldflow có những điểm mạnh như: - Dễ triển khai trong nhóm làm việc - Thực hiện cả quá trình phân tích kết cấu lẫn phân tích dòng chảy nhựa - Có giao diện CAD mạnh. - Moldflow có thể sử dụng được tất cả các loại mô hình hình học CAD, bao gồm mô hình midplane truyền thống, mô hình khung dây, mô hình mặt cong, mô hình vậtthể đặc có thành mỏng và thành dày. - Với mọi thiết kế hình học, người dùng dễ dàng thực hiện công việc mô phỏng trong môi trường trực quan và tích hợp. Một số chức năng của Moldflow: - The shear modulus result: mô tả ứng mô đun trượt của sản phẩm sau khi đúc - The shear rate, bulk result: xác định độ lớn của tốc độ trượt ở mỗi mặt cắt. - The shear stress at wall result: mô tả ứng suất cắt ở chỗ tiếp xúc nhựa lỏng và nhựa đông đặc. - The temperature at flow front result: mô tả nhiệt độ ở đầu dòng chảy trong quá trình đúc. - The bulk temperature result: mô tả nhiệt độ nhựa ở các vùng khác nhau trong lòng khuôn theo thời gian. Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 71 - The pressure at injection location result: là một biểu đồ mô tả áp suất ở đầu phun trong các thời điểm khá nhau khi điền đầy và nén chặt. - The time to freeze result: chỉ ra tổng thời gian cần thiết từ lúc khuôn được điền đầy tới lúc nhiệt độ của nhựa bằng nhiệt độ đẩy. - The frozen layer fraction result: mô tả chiều dày của các lớp nhựa được làm nguội mô tả dưới hệ số nhân (0÷1) so với chiều dày của chi tiết. - The % shot weight result: là một biểu đồ mô tả tổng khối lượng nhựa được phun vào lòng khuôn. - The air traps result: mô tả những vị trí mà cản khí có thể xảy ra.. - The bulk temperature at end of fill result: biểu diễn nhiệt độ lòng khuôn ở thời điểm cuối của quá trình điền đầy. - The clamp force centroid result: biểu diễn trọng tâm của lực kẹp lớn nhất lên chitiết. - The clamp force result: là một đồ thị mô tả lực kẹp theo thời gian trong hai giai đoạn điền đầy và nén chặt. - The flow rate, beams result: biểu diễn khối lượng và tốc độ nhựa được chuyển vào kênh dẫn để tới lòng khuôn. - The frozen layer fraction at end of fill result: mô tả chiều dày của lớp nhựa đôngvào cuối giai đoạn điền đầy. - The Poisson's ratio (fiber) result: thể hiện hệ số Poisson của sản phẩm nhựa. - The pressure at end of fill result: mô tả sự phân bố áp suất trong lòng khuôn tạithời điểm cuối quá trình điền đầy. - The recommended ram speed result: mô tả tốc độ trục vít theo đề nghị. - The weld lines result: biểu diễn nơi mà đường hàn có thể xuất hiện. Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 72 4.4.2 Trình tự phân tích, tối ưu thiết kế bằng Moldflow Plastics Insight Hình 4.17: Sơ đồ trình tự phân tích trong Moldflow Trong phần ví dụ cụ thể này, ta sẽ phân tích cho chi tiết sản phẩm khay cá được thiết kế sẵn. Thiết lập các điều kiện ban đầu - File/Import: để nhập sản phẩm cần mô phỏng. Ok và đặt tên cho Project ta được chi tiết trong môi trương Moldflow như sau Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 73 Hình 4.18: Chi tiết khay cá được chèn vào Moldflow - Vào Menu Analysis để chọn quá trình cần phân tích. Ở đây ta chọn quá trình ép phun nhựa nhiệt dẻo như hình dưới Hình 4.19: Thiết lập quá trình phân tích nhiệt dẻo Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 74 Trong Analysis vào Set Analysis Sequence để chọn các quá trình cần mô phỏng như quá trình điền đầy, vị trí cổng phun, phân bố nhiệt, áp suất,... Hình 4.20: Chọn quá trình phân tích vị trí cổng phun Vào Select Material để chọn vật liệu nhựa với đầy đủ các thông số kỹ thuật. Đề tài này vật liệu PEHD được chọn để nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm Hình 4.21: Thông số nhựa khuyến nghị của nhà sản xuất Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 75 - Vào Set Process Setting hình bên để thiết lập các thông số ép phun: áp suất phun, nhiệt độ khuôn, nhiệt độ nhựa, số cổng phun,...như hình dưới Hình 4.22: Hộp thoại thiết lập thông số ép phun - Tạo lưới cho sản phẩm như hình bên bằng cách vào Create Mesh/Generate Mesh Khi đó xuất hiện hộp thoại thông số của lưới như hình dưới Hình 4.23: Hộp thoại thiết lập lưới phần tử Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 76 - Sau khi tạo lưới xong, chúng ta tiến hành kiểm tra thuộc tính của lưới, sửa lỗi của lưới nhằm đạt được kết cấu lưới tốt nhất bằng cách vào hộp thoại Mesh statistics Hình 4.24: Chỉnh sửa lưới tự động 4.4.3 Mô phỏng các quá trình a. Mô phỏng vị trí cổng phun Vào menu Analysis Set Analysis Sequence Gate Location. Trong bảng công cụ bên trái, double click vào dòng chữ Analyze Now ! Quá trình mô phỏng trên Moldflow cho ta được kết quả Gating suitablity như hình sau Hình 4.25: Phân tích vị trí cổng phun Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 77 Theo biểu đồ vị trí thích cổng phun, thì tại vị trí màu đỏ tại vị trí tâm sản phẩm là vị trí thích hợp nhất cho cổng phun. Đây cũng là vị trí cổng phun được chọn cho kết cấu khuôn này. Tương tự ta chọn các quá trình khác, và tiến hành phân tích ta sẽ có được các kết quả mô phỏng. b. Một số kết quả mô phỏng - Độ cong vênh Hình 4.26: Độ cong vênh sản phẩm - Rổ khí Hình 4.27: Rổ khí trên sản phẩm Chương 4: Công nghệ CAD/CAM/CAE 78 - Đường hàn sản phẩm Hình 4.28: Vị trí đường hàn sản phẩm - Tỷ lệ cu rút sản phẩm Hình 4.29: Tỷ lệ co rút sản phẩm 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. TS Vũ Hoài Ân, Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa, Viện máy và dụng cụ công nghiệp, 1994. [2]. PGS.PTS Hoàng Trọng Bá, Sử dụng vật liệu phi kim loại trong ngành Cơ khí, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1995 [3]. TS Phạm Minh Sơn, ThS. Trần Minh Thế Uyên, Giáo trình thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa, NXB ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH [4]. Jerry M Fischer (2003), Handbook of Molded Part Shrinkage and Warpage, William Andrew, Inc. [5]. M. Joseph Gordon (2006), Total Quality Process Control for Injection Molding, John Wiley & Sons, Inc.
File đính kèm:
- giao_trinh_cong_nghe_khuon_mau.pdf