nghiên cứu thiết kế khuôn đúc nhựa nhiệt dẻo

Ngành công nghiệp nhựa đã phát triển rất nhanh trong thời gian qua kéo theo đó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa bằng nhiều công nghệ khác nhau đặc biệt t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nghiên cứu thiết kế khuôn đúc nhựa nhiệt dẻo

Sinh viên thực hiên:Nguyễn Duy long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

NGUYỄN DUY LONG

Nghiên cứu thiết kế khuôn đúc nhựa nhiệt dẻo

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Minh Hải

Bắc Ninh Tháng 7 – 2022

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS PHẠM MINH HẢI người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình làm đề tài và hoàn thành bài cùng tập thể các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Cơ khí Trường đại học Công nghệ Đông Á đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy/cô giáo trong khoa Cơ khí đã trực tiếp giảng dạy tôi trong suốt quá trình học tập tại trường Cảm ơn Nhà trường, gia đình cùng bạn bè đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành bài đồ án này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

SINH VIÊN

(Ký, ghi rõ họ tên)

Long

Nguyễn Duy Long

Nhật xét của giáo viên hướng dẫn

Mục lụ

LỜI CẢM ƠN 2

PHẦN MỞ ĐẦU 7

1.Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài 8

2.Mục tiêu của đề tài 8

3.Phương pháp nghiên cứu 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NHỰA 10

1.2 Tình hình phát triển của ngành nhựa tại Việt Nam 10

1.2.1 Tình hình phát triển của ngành nhựa tại V iệt Nam 10

1.2.2 Mục tiêu phát triển ngành nhựa của Việt Nam 12

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN 13

2.1 Công nghệ đúc phun 13

2.1.1 Nguyên liệu sử dụng 14

2.3.Thiết kế khuôn đúc phun nhựa 14

2.3.1Giới thiệu chung về khuôn và khuôn đúc phun 14

2.3.2 Kết cấu của khuôn 15

2.3.4.Phân loại khuôn 15

2.3.5 Hệ thống cấp nhựa 19

2.3.6 Hệ thống đẩy 21

2.Phân loại hệ thống đẩy 22

2.3.7 Hệ thống làm mát 23

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT CAD/CAM 26

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM 3D TRONG THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VÀ GIA CÔNG KHUÔN 26

3.1 Nguyên lý chung của kỹ thuật CAD/CAM 26

3.1.1 Quá trình CAD 26

3.1.2 Quá trình CAM 27

3.1.3 Quy trình chế tạo khuôn ứng dụng CAD/CAM 29

3.2 Phần mềm SolidWorks 30

3.2.1 Giới thiệu chung 30

3.2.2 Giao diện phần mềm Solidworks 31

3.2.3 Mở một bản vẽ SolidWorks 31

3.2.4 Vẽ phác 31

3.2.5 Chức năng tiện ích trong thiết kế 3D 32

3.2.6 Bản vẽ lắp 32

3.3 Phần mềm Moldflow Plastics Insights 32

3.3.1 Giới thiệu chung 32

3.3.3 Các chức năng chính 34

3.3.4 Các loại kết quả 35

3.5 Phần mềm PowerMill Pro 10 37

3.5.1 Giao diện của phần mềm PowerMill Pro 10 38

3.5.2 Một số tính năng chính của phần mềm PowerMill Pro 10 38

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC PHUN SẢN PHẨM NHỰA ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT CAD/CAM 40

4.1 Cấu tạo của chi tiết được gia công 40

4.1.1 Cánh quạt nhựa Senko 40

4.1.2 Lựa chọn vật liệu đúc phun cho chi tiết cánh quạt 42

4.1.3 Ứng dụng phần mềm Solidworks trong thiết kế cánh quạt nhựa 43

1 Xác định các thông số hình học và kích thước cơ bản 43

2 Thiết kế mô hình cánh quạt 3D 44

4.2 Thiết kế khuôn đúc phun cho chi tiết cánh quạt bằng phần mềm Solidworks - Moldworks 49

4.2.1 Các thông số dữ liệu cho khuôn 49

4.2.2 Tính toán thông số khuôn 51

4.2.3 Thiết kế khuôn đúc phun sản phẩm cánh quạt nhựa bằng Moldworks 56

4.2.4 Thiết kế khuôn đúc phun 58

4.3 Ứng dụng Moldflow Plastics Insights để mô phỏng khảo sát dòng

chảy nhựa và tối ưu hoá thiết kế khuôn 66

4.3.1Mục đích mô phỏng dòng chảy trong khuôn 66

4.3.2 Lưu đồ thuật toán thiết kế và mô phỏng bằng Moldflow 67

4.3.7 Lựa chọn vị trí điểm phun, phương án phun 72

4.3.8 So sánh phương án phun trực tiếp và phương án phun với 2 miêng phun đối xứng 73

4.3.9 Lắp ráp bộ khuôn hoàn thiện 79

CHƯƠNG V: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÒNG KHUÔN 81

5.1 Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết 81

5.1.1 Chức năng làm việc của chi tiết 81

5.1.2 Điều kiện làm việc của chi tiết 81

5.1.3.Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 81

5.1.4 Xác định dạng sản suất 82

5.2 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi 82

5.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 84

5.3.1 Xác định đường lối công nghệ 84

5.3.2 Chọn phương án gia công 85

5.4 Lập tiến trình công nghệ gia công lòng khuôn bằng phần mềm PowerMill Pro 10 85

5.4.1 Gia công tấm khuôn trên 86

5.4.2 Gia công lòng khuôn tấm khuôn trên 88

1.Gia công thô mặt trước chày 88

5.5 Gia công trên máy CNC 92

5.6 Gia công tấm khuôn dưới: 92

1.Gia công thô mặt sau tấm khuôn dưới 92

2.Gia công tinh mặt sau tấm khuôn dưới 93

5.6.2 Gia công lòng khuôn tấm khuôn dưới 94

1.Gia công thô mặt trước tấm khuôn dưới 94

2.Gia công bán tinh mặt trước tấm khuôn dưới 94

3 Gia công tinh lòng khuôn tấm khuôn dươi 95

5.7 Gia công trên máy CNC 96

KẾT LUẬN 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

PHẦN MỞ ĐẦU

Với đề tài được giao là :“ Nghiên cứu thiết kế khuôn đúc nhựa nhiệt dẻo” thì

vật liệu để đúc cánh quạt sẽ là nhựa ABS Trong lĩnh vực công vật lệu ngày nay chất dẻo dần đã trở thành một vật liệu vô cùng quan trọng phục vụ công nghiệp và dân dụng Nhiều chi tiết, cụm máy được chế tạo từ chất dẻo, chất dẻo dần thay thế các vật liệu khác như thép, tấm nhôm.

Vật liệu nhựa với các tính chất như: độ dẻo dai, nhẹ, chịu hóa học tốt, cách điện tốt, nếu có các chất phụ gia làm tăng một số tính năng cơ - hóa - nhiệt - điện càng làm cho vật liệu nhựa trở lên thông dụng đáp ứng được nhiều tính năng sử dụng Vật liệu nhựa ngày càng được sử dụng rộng rãi để thay thế các vật liệu như: sắt, nhôm, gang, đồng đang ngày càng cạn kiệt trong tự nhiên Vì vậy vật liệu nhựa ngày nay đã trở thành ngành quan trọng trong công nghiệp gia dụng Ngành công nghiệp nhựa đã phát triển rất nhanh trong thời gian qua kéo theo đó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa bằng nhiều công nghệ khác nhau đặc biệt trong đó phải kể đến công nghệ đúc phun và ngành công nghiệp thiết kế, chế tạo khuôn đúc phun sản phẩm nhựa ra đời và cho ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng chủng loại phục vụ cho đời sống của con người Ở nước ta việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa phục vụ cho đời sống cũng như trong kỹ thuật đang được phát triển rất mạnh mẽ, số lượng các cơ sở sản xuất ứng dụng phương pháp gia công mới ngày càng nhiều, gia công được các chi tiết có biên dạng ngày càng đa dạng

Hiện nay, tại các nhà máy đã nhập về nhiều máy đúc phun nhựa hiện đại tuy nhiên các khuôn đều có chất lượng thấp Hầu hết các doanh nghiệp đều phải đặt mua khuôn mẫu của Tp Hồ Chí Minh hoặc của Trung Quốc Nhu cầu về số lượng và chủng loại rất lớn Các nhà máy có thể gia công trên máy CNC với các mẫu có sẵn, nhưng do chưa nắm được công nghệ thiết kế Trong đó, vấn đề quan trọng nhất là chưa nắm được tính chất dòng chảy của nhựa trong lòng khuôn nên khi chế tạo xong phải đúc thử rất nhiều lần, rất tốn kém về tiền khuôn chế thử từ đó làm tăng giá thành sản phẩm.

Trước tình hình đó, để góp phần giảm giá thành sản phẩm và tăng chủng loại

tạo thế cạnh tranh cao cho các doanh nghiệp, cần thiết phải nắm được công nghệ thiết kế chế tạo khuôn đúc phun nhựa, một công nghệ hiện đại và có nhiều bí quyết kỹ thuật.

Đề tài:“ Nghiên cứu thiết kế khuôn đúc nhựa nhiệt dẻo” mục tiêu là làm rõ các

vấn đề cơ sở khoa học về công nghệ đúc phun, về sử dụng công nghệ mô hình hoá để thiết kế khuôn và công nghệ mô phỏng để kiểm tra chất lượng khuôn và thiết kế hoàn chỉnh khuôn đúc cánh quạt nhựa.

1.Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài

1.1 Cơ sở khoa học:

Đề tài nghiên cứu các thuộc tính của nhựa, các yêu cầu công nghệ khi đúc phun các chủng loại nhựa, làm cơ sở định ra chế độ công nghệ đúc phun đồng thời cần khảo sát dòng chảy của nhựa trong khuôn qua các rãnh dẫn, đến điền đầy lòng khuôn, từ đó tìm cách điều chỉnh dòng chảy, tối ưu công nghệ để điền đầy lòng khuôn tốt nhất, lập trình gia công tối ưu hoá các thông số gia công trên phần mềm và chuyển mã sang máy gia công trực tiếp

1.2 Tính thực tiễn:

Đề tài sử dụng công nghệ thiết kế khuôn 3D để dựng hình sản phẩn, tạo lòng khuôn đúc và công nghệ mô phỏng số phân tích dòng chảy và nhiệt từ đó phân tích các tham số đây là một công nghệ thiết kế hiện đại, tiết kiệm giai đoạn chế thử và mang lại tính cạnh trạnh cao cho sản phẩm Nắm được công nghệ này có ích cho việc đưa công nghệ cao vào đào tạo tại Vĩnh Phúc và đưa KHCN của Vĩnh Phúc lên 1 bước.

2.Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu đề tài nghiên cứu công nghệ thiết kế hiện đại sử dụng phần mềm CAD/CAM để thiết kế khuôn và mô phỏng quá trình đúc, tối ưu hóa thiết kế khuôn và lập trình gia công khuôn

Các kết quả phải được:

a. Nắm chắc các đặc tính của nhựa sử dụng trong sản xuất hàng dân sinh b. Nắm chắc kết cấu khuôn, máy đúc phun và cách vận hành máy;

c. Sử dụng phần mềm công nghiệp SOLIDWORKS-COSMOS để mô hình hóa

3D và mô phỏng dòng chảy của nhựa bằng MolFlow và phần mềm gia công MasterCAM, PowerMill Pro 10

d. Nắm được công nghệ thiết kế khuôn và tối ưu hóa các thông số lòng khuôn; e. Phương pháp lập trình gia công, điều khiển quá trình gia công tối ưu

3.Phương pháp nghiên cứu

- Về lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan tài liệu về ép phun và dòng chảy nhựa; Nghiên cứu sử dụng thành thạo phần mềm công nghiệp SOLIDWORKS-MasterCAM.

- Về thực nghiệm: Thực hiện thiết kế mô hình khuôn 3D; mô phỏng dòng chảy nhựa, xác định bài toán nhiệt của nhựa và khuôn, tính toán thời gian điền đầy khuôn và khảo sát quá trình đúc phun.

4.Nội dung nghiên cứu Mở đầu

Nội dung

- Chương 1: Tổng quan ngành nhựa - Chương 2 : Công nghệ đúc phun.

- Chương 3: Kỹ thuật CAD/CAM/CNC giới thiệu các phần mềm 3D trong thiết kế, mô phỏng gia công khuôn.

- Chương 4: Thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM

- Chương 5: Quy trình công nghệ gia công lòng khuôn Kết luận.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NHỰA

1.2 Tình hình phát triển của ngành nhựa tại Việt Nam 1.2.1 Tình hình phát triển của ngành nhựa tại V iệt Nam

Ở Việt Nam, ngành công nghiệp nhựa dù còn non trẻ so với các ngành công nghiệp lâu đời khác như cơ khí, điện - điện tử, hoá chất, dệt may v.v… nhưng đã có sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây Giai đoạn 2018 – 2022, ngành nhựa là một trong những ngành công nghiệp tăng trưởng cao nhất Việt Nam với mức tăng

hàng năm từ 16% – 18%/năm (chỉ sau ngành 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 vì 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 2022, 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 đến năm 2022 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 Đến nay (2022) toàn ngành nhựa Việt Nam gồm khoảng hơn 2.000 doanh nghiệp trải dài từ Bắc vào Nam và tập trung chủ yếu ở

Tp.HCM (chiếm hơn 84%) thuộc mọi thành phần kinh tế với hơn 99,8% là doanh

nghiệp tư nhân.

Thành phần kinh tế tư nhân vốn được đánh giá là một bộ phận năng động trong toàn bộ nền kinh tế, do đó có thể nói rằng ngành nhựa là một trong những ngành kinh tế có tính năng động ở nước ta Các sản phẩm thế mạnh của các doanh nghiệp Việt Nam là bao bì, sản phẩm nhựa tiêu dùng, nhựa xây dựng và sản phẩm nhựa kỹ thuật cao Sản phẩm của ngành nhựa rất đa dạng và ngày càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành Trong lĩnh vực tiêu dùng, sản phẩm từ nhựa được sử dụng làm bao bì đóng gói các loại, các vật dụng bằng nhựa dùng trong gia đình, văn phòng

phẩm, đồ chơi v.v Trong các ngành kinh tế khác, các sản phẩm từ nhựa cũng được sử dụng ngày càng phổ biến; đặc biệt trong một số ngành, nhựa còn trở thành một nguyên liệu thay thế cho các nguyên liệu truyền thống, như trong xây dựng, điện - điện tử v.v.

Những sản phẩm đòi hỏi chất lượng cao như ống dẫn dầu, đồ nhựa cho ôtô và máy vi tính cũng đã được các doanh nghiệp nhựa Tiền Phong, Cát Thái, Tân Tiến, Bình Minh sản xuất thành công.

SYSTEM OF PLASTICS BUSINESSES IN VIETNAM

(Geographical distributions & by Industry)

Và đóng góp vào sự phát triển của ngành nhựa còn có hoạt động của khối doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài, hay nói cách khác, ngành Nhựa đang trở thành một ngành kinh tế hấp dẫn vốn đầu tư nước ngoài Tăng trưởng xuất khẩu chủ yếu đến từ các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài Nguyên nhân là các sản phẩm nhựa của Việt Nam không bị Châu Âu áp mức thuế chống bán phá giá như với Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia Chính vì thế, các doanh nghiệp Trung Quốc, Malaysia và Thái Lan chuyển sang sản xuất tại Việt Nam để tránh thuế chống bán phá giá cũng như chênh lệch thuế nhập khẩu đối với hàng hoá từ Trung Quốc, vì hàng Việt Nam xuất vào Châu Âu trả thuế ít hơn hàng Trung Quốc tối thiểu là 10% Đặc biệt, các doanh

nghiệp Nhật Bản đã và đang tìm đến cũng như thực hiện đầu tư vào ngành Nhựa của Việt Nam Sự tham gia của các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài một mặt sẽ mang lại những tác động tích cực như công nghệ hiện đại, kỹ năng quản lý tiên tiến, gia tăng kim ngạch xuất khẩu cho ngành; nhưng mặt khác cũng sẽ mang lại sự cạnh tranh mạnh mẽ đối với các doanh nghiệp trong nước.

Các doanh nghiệp nội địa với số vốn nhỏ và công nghệ lạc hậu sẽ dễ dàng bị đào thải trong cuộc cạnh tranh với các doanh nghiệp nước ngoài Nhưng vẫn tồn tại một hạn chế trong hoạt động của ngành, đó là giữa các doanh nghiệp trong ngành nhựa thiếu sự liên kết hoặc chuyên môn hóa trong sản xuất dẫn đến đầu tư tràn lan nhưng hiệu quả mang lại không cao hoặc các doanh nghiệp cùng sản xuất một loại sản phẩm khiến cho sự cạnh tranh ngay trên thị trường nội địa rất cao, làm giảm hiệu quả hoạt động của các doanh nghiệp cũng như của toàn ngành nói chung.

1.2.2 Mục tiêu phát triển ngành nhựa của Việt Nam

Mục tiêu phát triển của ngành nhựa đến năm 2025 sẽ trở thành một ngành kinh tế mạnh với tốc độ tăng trưởng cao và bền vững Từng bước xây dựng và phát triển ngành nhựa đồng bộ từ sản xuất nguyên liệu đến chế biến sản phẩm cuối cùng, tận dụng và xử lý phế liệu phát sinh, tăng dần tỷ trọng nguyên liệu trong nước để trở thành ngành cô ng nghiệp tự chủ, có khả năng hội nhập vào kinh tế khu vực và thế giới.

Theo quy hoạch phát triển ngành nhựa Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn 2025 đã được Bộ Công thương phê duyệt, thì tốc độ tăng trưởng giá trị sản xuất công nghiệp ngành nhựa giai đoạn 2011 – 2020 sẽ đạt 17,5%, tỷ trọng ngành nhựa so với toàn ngành công nghiệp đến năm 2020 đặt 5,5% Theo đó, mục tiêu phát triển của ngành nhựa Việt Nam đến năm 2020 sẽ trở thành một ngành kinh tế mạnh với tốc độ tăng trưởng cao và bền vững Từng bước xây dựng và phát triển ngành nhựa đồng bộ từ sản xuất nguyên liệu đến chế biến sản phẩm cuối cùng, tận dụng và xử lý phế liệu phát sinh, tăng dần tỷ trọng nguyên liệu trong nước để trở thành ngành công nghiệp tự chủ, có khả năng hội nhập vào kinh tế khu vực và thế giới.

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN

2.1 Công nghệ đúc phun

Máy đúc phun bao gồm các cụm cơ cấu chính sau:

 A: Cụm làm nóng chảy chất dẻo và với áp lực cần thiết ép đẩy chất dẻo vào khuôn  B: Cụm khuôn và cơ cấu kẹp khuôn.khuôn gòm hai nửa được kẹp lên bàn kẹp, một phần nửa cố định đứng yên,phần nửa còn lại di động di chuyển bàn kẹp di động cùng nửa khuôn được thực hiện có thể bang cơ học hoặc bằng xi lanh thủy lực nhiệm vụ của các cơ cấu truyền chuyển động này là tạo ra lực đóng khuôn và giữ khuôn kín khít tróng quá trình đúc sản phẩm.

 C: Đối với máy đúc phun cần có một hệ thống thủy lực bao gồm bơm được chuyển động bằng động cơ, hệ thống van đóng ngắt và van chuyền hướng xilanh thủy lực, động cơ thủy lực, van điều chỉnh áp lực và lưu lượng.

Hình 2.1: Quá trình đúc phun

Từ hình vẽ ta thấy, quá trình đúc phun gồm 4 công đoạn chính:

- Công đoạn hóa dẻo và chuyển hóa vật liệu sử dụng cho gia công đúc sang trạng thái nóng chảy.

- Công đoạn nhựa hóa và định lượng vật liệu.

- Công đoạn điền đầy khuôn, duy trì áp suất cao và làm nguội sản phấm - Lấy sản phẩm ra khỏi khuôn và bắt đầu hóa dẻo một lượng nhựa mới.

2.1.1 Nguyên liệu sử dụng

Vật liệu sử dụng cho công nghệ đúc dưới áp suất thường ở dạng hạt Với phương pháp đúc dưới áp suất có thể gia công các chất dẻo nhiệt dẻo cũng như nhiệt cứng Chất dẻo nhiệt dẻo được gia công ở dạng nguyên hoặc pha màu, pha thêm phụ gia hoặc tạo thành xốp Theo cấu trúc có thể phân thành dạng tinh thể hay dạng vô định

2.3.Thiết kế khuôn đúc phun nhựa

2.3.1Giới thiệu chung về khuôn và khuôn đúc phun

* Khuôn là dụng cụ để định hình một sản phẩm nhựa Nó được thiết kế sao cho

có thể sử dụng cho một số lượng chu trình yêu cầu.

Kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào hình dáng và kết cấu của sản phẩm Số lượng của sản phẩm cũng là một yếu tố quan trọng để xem xét, bởi vì số lượng sản phẩm không lớn sẽ không cần đến khuôn có nhiều lòng khuôn hoặc khuôn có kết cấu phức tạp.

Những yếu tố trên có ảnh hưởng rất lớn đến việc thiết kế và chế tạo khuôn cũng như đến giá thành của sản phẩm.

* Khuôn đúc phun được định nghĩa là một cụm gồm nhiều chi tiết ghép với nhau,

ở đó nhựa được phun vào, được làm nguội rồi đẩy sản phẩm ra

Sản phẩm được hình thành giữa 2 phần của khuôn Khoảng trống giữa 2 phần đó được điền đầy bằngnhựa và nó sẽ mang hình dạng của sản phẩm.

Một phần là phần lõm vào sẽ xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm được gọi là lòng khuôn , phần xác định hình dạng bên trong của sản phẩm được gọi là lõi

Phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi khuôn được gọi là mặt phân khuôn.

2.3.2 Kết cấu của khuôn

Ngoài lõi và lòng khuôn còn có các bộ phận khác của khuôn như:

2.3.4.Phân loại khuôn

Trong công nghiệp, người ta chia khuôn ra làm 3 loại chính:

Loại khuôn này gồm 2 phần: Khuôn trước và khuôn sau Hệ thống khuôn này có 1 lòng khuôn hoặc có nhiều lòng khuôn đây là loại khuôn cơ bản nhất.

a. Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nguội

Kết cấu khuôn thường gồm có hai phần cơ bản :

- Phần phía phun được cố định gọi là tấm khuôn trước.

- Phần kia là phía đẩy, nó chuyển động trong khi khuôn mở, gọi là khuôn sau.

Hình2.7:Kết cấu khuôn 2 tấm có kênh dẫn nguội

điểm 2 tấm có kênh dẫn nguội

- Cấu trúc đơn giản hơn là khuôn 3 tấm hoặc khuôn không rãnh dẫn - Giá thành khuôn có thể giảm.

- Hệ thống rót bao gồm cổng phân phối thường sử dụng nhiều hơn Nhược điểm 2 tấm có kênh dẫn nguội

- Cổng phân phối cạnh và cổng phân phối trực tiếp cần phải loại bỏ rãnh dẫn, nên chúng khó tự động hóa.

- Không tiết kiệm vật liệu

b. Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng

c. Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng luôn giữ nhựa nóng chảy trong bạc cuống phụ, kênh dẫn và miệng phun, nhựa chỉ đông đặc khi nó chảy vào lòng khuôn khi mở khuôn ra thì chỉ có sản phẩm hoặc có thêm kênh dẫn nhựa được lấy ra ngoài Khi đóng khuôn nhựa trong các kênh dẫn vẫn nóng và điền đầy khuôn.

Hình 2.8: Kết cấu khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng

Ưu điểm 2 tấm có kênh dẫn nóng - Tiết kiệm vật liệu

- Không có vệt miệng phun trên sản phẩm - Giảm thời gian chu kỳ

- Điều khiển được sự điền đầy của dòng chảy nhựa Nhược điểm 2 tấm có kênh dẫn nóng

- Giá thành cao hơn khuôn dẫn nhiệt có kênh làm nguội - Khó đổi màu vật liệu

- Hệ thống điều khiển nhiệt dễ bị hỏng - Thích hợp với vật liệu kém chịu nhiệt

2.Khuôn 3 tấm

Khuôn 3 tấm gồm 3 tấm khuôn.

- Một tấm cố định gọi là tấm kênh dẫn, thường có bạc cuống phun và nửa kênh dẫn nhựa.

- Tấm giữa là tấm lòng khuôn, chứa nửa kênh dẫn nhựa và miệng phun - Tấm di động hay tấm sau ghép với phẫn lõi và hệ thống đẩy.

Khi khuôn mở sau khi đúc, tấm giữa và tấm sau chuyển động cùng nhau, cắt kênh dẫn nhựa ra khỏi chi tiết.

Hình 2.9:Kết cấu khuôn 3 tấm

Ưu điểm khuôn 3 tấm

- Giá thành thấp hơn khuôn 2 tấm có kênh dẫn nhựa nóng - Ít bị hỏng hơn khuôn có kênh dẫn nhựa nóng

- Có thể phù hợp với vật liệu kém chịu nhiệt Nhược điểm khuôn 3 tấm

- Chu kỳ ép phun tăng do hành trình của dòng dẫn nhựa đền lòng khuôn dài - Lãng phí vật liệu

- Cần áp suất phun lớn để điền đầy

3.Khuôn nhiều tầng

Khi yêu cầu 1 số lượng sản phẩm lớn và để giữ giá sản phẩm thấp, hệ thống khuôn nhiều tầng được chế tạo để giữ lực kẹp của máy thấp (nghĩa là sử dụng cho loại máy có kích thước nhỏ) Với loại hệ thống khuôn này chúng ta có 1 hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn

Hình 2.10:Kết cấu khuôn nhiều tầng

2.3.5 Hệ thống cấp nhựa

Hình 2.12:Hệ thống cấp nhựa

Hệ thống cấp nhựa trong khuôn làm nhiệm vụ đưa nhựa từ vòi phun của máy đúc phun vào lòng khuôn Hệ thống này bao gồm cuống phun, kênh nhựa và miệng phun.

1 Cuống phun

Cuống phun: là chỗ nối giữa vòi phun của máy phun và kênh nhựa Trong các

khuôn một lòng khuôn, cuống phun thường cấp nhựa trực tiếp vào lòng khuôn đường kính cuống phun ở vị trí nối với kênh nhựa nên xấp xỉ 2÷3 lần chiều dày sản phẩm đường kính cuống phun quá bé sẽ làm tăng nhiệt ma sát và tách lớp nhựa ở miệng

phun đường kính cuống phun quá lớn sẽ tăng thời gian đúc vì cần thêm thời gian để cuống phun nguội.

Hình 2.12: Kích thước cuống phun trực tiếp 2 Kênh nhựa

Kênh nhựa: là đoạn nối giữa cuống phun và miệng phun Kênh nhựa phải được thiết kế ngắn để có thể nhanh chóng điền đầy lòng khuôn mà không bị mất nhiều áp lực Kích thước kênh nhựa đủ nhỏ để làm giảm phế liệu và lượng nhựa trong lòng khuôn, nhưng phải đủ lớn để chuyển một lượng vật liệu đáng kể để điền đầy lòng khuôn nhanh và giảm sự mất áp lực ở kênh nhựa và miệng phun

Hình 2.13: Các loại kênh nhựa 3 Miệng phun

Miệng phun: là chỗ nối giữa kênh nhựa với lòng khuôn Các miệng phun thường được giữ ở kích thước nhỏ nhất và được mở rộng nếu cần thiết.

Các kiểu miệng phun:

Hình 2.14:Các loại miệng phun

-Miệng phun cuống phun: được dựng khi bạc cuống phun có thể dẫn nhựa trực tiếp

Hệ thống đẩy làm nhiệm vụ lấy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở, bao gồm tấm đẩy, chốt đẩy, tấm giữ, chốt dẫn hướng hệ thống đẩy và các bạc lót.

Hệ thống đẩy phải tuân theo một số quy tắc sau:

- Khoảng đẩy lớn hơn từ 5 – 10 mm so với chiều cao của sản phẩm tính từ mặt phân khuôn.

- Sau khi sản phẩm được lấy ra, hệ thống đẩy phải trở về vị trí ban đầu để tránh hỏng chốt và đảm bảo sản phẩm được rơi tự do.

- Kích thước chốt đẩy phụ thuộc vào kích thước sản phẩm nhưng đường kính không được nhỏ hơn 3mm, trừ khi điều đó cần thiết cho hình dạng sản phẩm.

- Hệ thống đẩy đảm bảo không làm yếu khuôn sau.

- Nên sử dụng chốt dẫn hướng cho hệ thống đẩy vì đường kính chốt đẩy thường rất nhỏ so với hành trình đẩy.

2.Phân loại hệ thống đẩy

a. Hệ thống đẩy sử dụng chốt đẩy

Đây là hệ kiểu đẩy đơn giản nhất Các lỗ tròn và chốt tròn dễ gia công nên doa rộng lỗ các chốt đẩy Chiếu dài của lỗ doa có đường kính D nên lấy như sau:

- Đối với lỗ nhiệt luyện trước khi gia công : L = 4.D - Đối với lỗ đã nhiệt luyện: L = 3.D

- Lớn nhất L = 20mm, nhỏ nhất L = 6mm.

Hình 2.19: Các loại chốt đẩy

b.Hệ thống đẩy sử dụng lưỡi đẩy

Lưỡi đẩy tạo ra nhiều mặt đẩy hơn là chốt đẩy Khi chốt trên khó sử dụng thì lưỡi đẩy là một giải pháp.Tuy nhiên các lỗ đẩy thường khó làm và cần đặt chúng từ các miếng ghép lên đường phân khuôn.

c. Hệ thống đẩy sử dụng các ống đẩy

Các ống đẩy rất thuận lợi cho quá trình đẩy nhanh các chốt lùi Khi dựng hệ thống đẩy này, góc thoát có thể giảm xuống đến 0,5° để tránh các vết chờm trên bề mặt phía trên.

d.Hệ thống đẩy sử dụng các thanh đẩy

Thanh đẩy thường được dựng cho sản phẩm lớn để thanh đẩy không làm hỏng hệ thống lùi trong khi đẩy và lùi về, thanh đẩy phải để cách bề mặt thẳng đứng của khuôn ít nhất 0,5mm.

e. Hệ thống đẩy sử dụng các tấm tháo

Tấm tháo là một trong những hệ thống đẩy tốt nhất Trong trường hợp này việc dẫn hướng tránh làm hỏng lên khuôn rất quan trọng.

f. Hệ thống đẩy sử dụng các van đẩy

Hệ thống các van đẩy không thông dụng trong chế tạo khuôn nhựa Nó thường được dựng bằng các vật hình cốc và có trợ giúp sự thông khí trong quá trình đẩy có hiệu quả.

2.3.7 Hệ thống làm mát.

Hình 2.20: Hệ thống làm mát

1.Yêu cầu của hệ thống làm mát

Để điều khiển nhiệt độ của khuôn trong khoảng thời gian ngắn nhất,cần thiết kế hệ thống làm mát khuôn điều này rất quan trọng vì thời gian làm mát chiếm 50 – 60%

toàn bộ thời gian của chu kỳ phun khuôn, do đó thời gian làm mát quyết định đen năng suất và chất lượng gia công.

Để được sản phẩm đạt yêu cầu thì cần chú ý các điểm sau :

- Kênh làm mát càng đặt gần bề mặt khuôn thì càng tốt khi đó cần chú ý đến độ bền cơ học của chi tiết.

- Các kênh làm mát cần đặt gần nhau.

- Đường kính kênh làm mát phải > 8 mm và giữ nguyên như vậy để tránh làm thay đổi tốc độ dòng chảy khi thay đổi tiết diện dòng chảy.

- Chia hệ thống làm mát làm nhiều vòng để tránh các kênh nhựa kéo dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ.

- Chú ý đặc biệt đến việc làm mát những phần dầy của sản phẩm.

2.Vị trí của hệ thống làm mát :

Vị trí phụ thuộc vào kích thước sản phẩm và sự khác nhau về chiều dày thành sản phẩm Hệ thống làm mát nên đặt chỗ nhiệt khó truyền từ nhựa nóng sang khuôn Việc làm mát như nhau trên toàn bộ sản phẩm.

3.Làm mát tấm khuôn :

Là một trong những hệ thống thông thường nhất được dùng cho những sản phẩm nhỏ, trong nhiều trường hợp, các kênh nhựa được khoan trên máy khoan thông thường, nhưng đối với các kênh nhựa quá dài và không thẳng, các kênh nhựa phải cách nhau ít nhất là 3 mm Đối với các kênh nhựa dài trên 150 mm thì cách nhau là 5 mm.

4.Làm mát lõi :

- Lõi thường bị bao phủ bởi lớp nhựa nóng và việc truyền nhiệt đến các phần khác của khuôn là cả một vấn đề để làm được điều này, cách đơn giản nhất là làm lõi bằng vật liệu có độ dẫn nhiệt như đồng hoặc đồng berilium Nhược điểm của loại vật liệu này là độ bền thấp.

- Phương pháp tốt hơn là đặt các kênh làm mát trong lõi Ưu điểm của phương pháp này là có thể điều khiển được nhiệt độ bằng sự tăng hoặc giảm nhiệt độ dòng chảy chất lỏng chảy qua các kênh.

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT CAD/CAMGIỚI THIỆU PHẦN MỀM 3D TRONG THIẾT

KẾ MÔ PHỎNG VÀ GIA CÔNG KHUÔN

3.1 Nguyên lý chung của kỹ thuật CAD/CAM

Với xu thế phát triển hiện nay của các ngành công nghiệp trên thế giới là tạo ra các sản phẩm thoả mãn nhu cầu khách hàng, thị trường về mặt chất lượng sản phẩm đồng thời tìm cách giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất; việc nghiên cứu và áp dụng kỹ thuật CAD/CAM – CNC trở nên vô cùng quan trọng.

Xét một chu kỳ sản phẩm sau:

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý chung kỹ thuật Cad/Cam

Chu kỳ của sản phẩm bắt nguồn từ nhu cầu tiêu dùng của khách hàng sau đó qua quá trình thiết kế chi tiết CAD để tạo ra mô hình hoặc vật mẫu Tiếp đó là quá trình CAM để thiết kế quy trình công nghệ và lập trình gia công NC rồi chuyển dữ liệu sang máy CNC để gia công chế tạo sản phẩm Sau đây ta xét tới hai quá trình chính là quá trình CAD và CAM.

3.1.1 Quá trình CAD

CAD là quá trình thiết kế sản phẩm với sự trợ giúp của máy tính Trong lĩnh vực sản xuất tự động hoá, công nghệ CAD có vai trò tạo ra bản vẽ 2D và 3D, mô hình hoá vật thể ở dạng thể đặc (Solid modeling), là mắt xích trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống CAD/CAM,…Khác với quy trình thiết kế công nghệ theo phương pháp truyền thống, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số

(Computer Geometric Model – CGM).

Bằng cách quản lý CGM trong cơ sở dữ liệu trung tâm, CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất - điều khiển các thiết bị sản xuất bằng giải pháp điều khiển số.

Một quá trình CAD thường gồm những bước thiết kế cơ bản sau:

Hình 3.2: Sơ đồ quy trình Cad

- Trên cơ sở triển khai công nghệ CAD trong môi trường thiết kế thì các công cụ CAD có thể được định nghĩa như sau:

Các công cụ CAD là sự tích hợp của các công cụ thiết kế như phân tích, mã hoá,thử sai,… được bổ xung thêm phần cứng và phần mềm máy tính để đạt được thiết kếcuối cùng có hiệu quả.

- Trên cơ sở các thành phần công nghệ CAD, các công cụ CAD được định nghĩa như sau:

Các công cụ CAD là thành phần giao nhau của 3 tập hợp là lập mô hình hình học,đồ hoạ máy tính và các công cụ thiết kế.

3.1.2 Quá trình CAM

CAM có nghĩa là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính Trong hệ thống CAD/CAM thì quá trình CAM được thực hiện với cơ sở dữ liệu là mô hình hình học được xây dựng trong quá trình CAD

Quá trình CAM gồm có những bước cơ bản sau

Hình 3.3: Sơ đồ quy trình Cam

Tương ứng với từng bước trong quá trình CAM cũng có những công cụ cần thiết trợ giúp cho quá trình chế tạo như kỹ thuật CAPP để phân tích chi phí chuẩn bị công nghệ cho quá trình gia công, các phần mềm lập trình NC/CNC và phần mềm kiểm tra.

Các công cụ của CAM cũng có thể được định nghĩa dựa trên việc thực hiện công nghệ CAM trong môi trường chế tạo:

Từ các định nghĩa về công cụ của CAD, của CAM người ta đưa ra định nghĩa cho công cụ của CAD/CAM theo môi trường kỹ thuật thực hiện, nó là giao của năm tập hợp sau:

- Công cụ thiết kế chi tiết, sản phẩm - Công cụ chế tạo chi tiết, sản phẩm - Lập mô hình hình học.

- Các khái niệm về đồ hoạ máy tính.

- Mạng máy tính và tổ hợp các khái niệm về tự động hoá.

Để hệ thống CAD/CAM có thể hoạt động tốt, chúng ta cần phải chuẩn bị hệ thống cơ sở dữ liệu nhằm phục vụ cho quá trình chuẩn bị công nghệ, lập kế hoạch sản xuất,…Có thể nói hệ thống cơ sở dữ liệu có vai trò hết sức quan trọng trong quá trình chuẩn bị công nghệ Nó giúp người thiết kế chọn lựa các giải pháp kết cấu và công nghệ phù hợp với sản phẩm cũng như là đảm bảo tính công nghệ ngay trong quá trình thiết kế kỹ thuật, đặc biệt trong quá trình thiết kế quy trình công nghệ cũng như quá trình thiết kế và chế tạo các phương tiện trang bị công nghệ điều này làm rút ngắn một cách đáng kể về mặt thời gian và giảm chi phí cho quá trình chuẩn bị công nghệ sản xuất.

Các nhóm cơ sở dữ liệu phục vụ cho quá trình chuẩn bị công nghệ bao gồm:

- Cơ sở dữ liệu các chi tiết tiêu chuẩn, phân loại.

- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn dung sai, sai lệch hình dáng, sai lệch vị trí, nhám bề mặt.

- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn xác định lượng dư.

- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn vật liệu trong chế tạo máy.

- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn máy, dụng cụ, đồ gá và dụng cụ đo.

Cơ sở dữ liệu và các thủ tục xử lý trong CAD/CAM được thể hiện theo sơ đồ sau:

Hình 3.4: Sơ đồ quan hệ Cad/ Cam

3.1.3 Quy trình chế tạo khuôn ứng dụng CAD/CAM.

Để chế tạo ra được một bộ khuôn, ta đưa ra các bước để chế tạo như sơ đồ dưới đây

- Thiết kế sản phẩm : trong phần này ta có thể thiết kế mới một sản phẩm nhựa theo yêu cầu hoặc phải thực hiện việc thảo luận với nhà thiết kế để đưa ra các phương án đảm bảo cho việc thiết kế như : về vật liệu của sản phẩm, kết cấu và hình dạng của sản phẩm có đảm bảo tính công nghệ để thực hiện thiết kế được.

- Thiết kế khuôn : Thiết kế bản vẽ lắp khuôn để xác định sự phân bố của lòng khuôn, cơ cấu đẩy, các chuyển động của khuôn cần cho việc mở khuôn và tạo hình cho sản phẩm Từ đó đưa ra bản vẽ chi tiết cho từng phần để thực hiện quá trình chế tạo và gia công.

- Mô phỏng dòng chảy nhựa : Sử dụng các phần mềm mô phỏng tính toán dòng chảy như Moldflow, Moldex 3D, Ansys để tính toán dự báo các khuyết tật có thể xảy ra trong quá trình đúc và tối ưu hoá các thông số công nghệ.

- Xây dựng dữ liệu CAM : Sử dụng phần mềm Mastercam, Catia để lập trình và mô phỏng quá trình gia công trước khi thực hiện gia công thực.

- Thực hiện gia công : việc gia công các lòng khuôn và lõi khuôn được thực hiện trên trung tâm gia công CNC, máy cắt dây CNC, máy gia công bằng tia lửa điện CNC.

- Đánh bóng, nhiệt luyện mạ và lắp ráp : để tạo độ bóng cho lòng khuôn và lõi khuôn thì ta phải thực hiện công việc đánh bóng bằng các vật liệu là các hạt mài có độ mịn sau đó đem nhiệt luyện đạt độ cứng cần thiết và mạ bằng Crôm Cuối cùng là lắp ráp các bộ phận thành một bộ khuôn hoàn chỉnh.

3.2 Phần mềm SolidWorks

3.2.1 Giới thiệu chung

SolidWorks hỗ trợ rất đắc lực cho công tác thiết kế và chế tạo cơ khí nên thu hút được số lượng người dùng ngày càng đông đảo trên thế giới SolidWorks tạo ra sản phẩm cuối cùng là các bản vẽ kỹ thuật phục vụ cho chế tạo và lắp ráp Nhưng SolidWorks rất khác so với AutoCAD.

SolidWorks là phần mềm ứng dụng thiết kế trên cơ sở xây dựng mô hình 3D với tham biến kích thước SolidWorks không buộc ta phải tính toán kích thước trước khi dựng mô hình Ta có thể dựng vô tư, rồi lấy đủ các kích thước cần thiết để xác định mô hình mới dựng vào bất cứ lúc nào Các kích thước này sẽ điều khiển mô hình, bất cứ lúc nào ta thay đổi giá trị kích thước thì mô hình sẽ thay đổi cập nhật theo, ứng với giá trị mới từng thao tác dựng hình đều được ghi lại trong cây thiết kế, nên ta có thể "Undo" bất cứ lệnh dựng hình nào SolidWorks cũng không "vẽ" kỹ thuật mà xây dựng mô hình 3D Sau khi dựng xong, ta muốn gọi ra bao nhiêu hình chiếu, hình cắt, trích cũng được.

Hơn thế nữa, tính mở và tính tương thích của SolidWorks cho phép phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó, SolidWorks cũng kết xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng được phép khai thác mô hình trong môi trường các phần mềm phân tích khác Ví dụ: các phần mềm phân tích ANSYS, COSMOS, MOLDFLOW, …

3.2.2 Giao diện phần mềm Solidworks

Hình 3.5: Giao diện phần mềm Solidworks

Giao diện chương trình thuận lợi cho người sử dụng, không bắt người dùng phải nhớ tên các lệnh một cách chi tiết, vì các biểu tượng của nút lệnh trên các thanh công cụ đã cho người sử dụng biết sơ bộ về chức năng của chúng.

3.2.3 Mở một bản vẽ SolidWorks

Trong SolidWorks có 3 loại bản vẽ:

- Part (bản vẽ chi tiêt): Bản vẽ này thường xuyên được sử dụng để thiết kế các chi tiết 3D.

- Assembly ( bản vẽ lắp): Liên kết các bản vẽ trong bản vẽ chi tiết lại với nhau, để tạo thành một cụm chi tiết hoặc một sản phẩm hoàn chỉnh Bản vẽ lắp liên kết các chi tiết lại với nhau do đó nếu có sự thay đổi nào từ các bản vẽ chi tiết tương ứng trên bản vẽ lắp cũng tự động cập nhập theo.

- Drawing (Bản vẽ kĩ thuật): Bản vẽ này chủ yếu dùng để biểu diễn các hình chiếu

hoặc các mặt cắt từ bản vẽ chi tiết hoặc bản vẽ lắp.

3.2.4 Vẽ phác

Đây là bước cơ bản đầu tiên để hình thành mô hình Mô hình tạo thành trong SolidWorks được liên kết với biên dạng của chúng Khi hiệu chỉnh biên dạng, mô hình tự động cập nhập những thay đổi này.

Mặt phẳng vẽ phác chứa các đối tượng hình học tạo thành biên dạng của vật thể hoặc các yếu tố hình học trong quá trình xây dựng vật thể (ví dụ như quỹ đạo quét, trục quay…) Mô hình được hình thành từ các biên dạng vẽ phác bằng cách chiếu hoặc xoay các biên dạng Các mô hình 3D được tạo thành dựa trên nền tảng các biên dạng trên nhiều mặt phẳng vẽ phác khác nhau và công cụ tạo hình tương ứng (Extrude, Revolve…) Mặt phẳng vẽ phác liên kết với mô hình Do đó, khi ta hiệu chỉnh mặt phẳng vẽ phác, phần mô hình tương ứng sẽ thay đổi theo.

3.2.5 Chức năng tiện ích trong thiết kế 3D

o Công cụ Shaded (tô bóng) Nhấn nút Shaded trên thanh công cụ View hoặc chọn View > Display > Shaded Khi đó các đối tượng 3D được tô bóng như vật thể khối.

o Công cụ Hidden Line Removed Nhấn nút Hidden Line Removed trên thanh công cụ View hoặc chọn View > Display > Hidden Line Removed.

o Công cụ Hidden in Gray Nhấn nút Hidden in Gray trên thanh công cụ View hoặc chọn View > Display > Hidden in Gray.

o Công cụ Wireframe Nhấn nút Wireframe trên thanh công cụ View hoặc chọn View > Display > Wireframe.

o View Orientation (hướng quan sát) Nhấn nút View Orientation trên thanh công cụ View hoặc nhấn phím cách (Space), hộp thoại Orientation xuất hiện

3.2.6 Bản vẽ lắp

Đây là bản vẽ thể hiện việc lắp ghép một cụm các chi tiết riêng lẻ thành một chi tiết hoàn thiện hơn Khi muốn chèn một chi tiết vào trong bản vẽ lắp, thì các tập tin chứa chi tiết đó sẽ tự động liên kết với tập tin của bản vẽ lắp Chi tiết xuất hiện trong bản vẽ lắp, tuy nhiên các dữ liệu của chi tiết nằm trong bản vẽ lắp vẫn nằm trong tập tin gốc của chi tiết đó Do đó nếu có bất kỳ thay đổi nào trong tập tin gốc thì chi tiết trong bản vẽ lắp sẽ tự động cập nhật và thay đổi theo.

3.3 Phần mềm Moldflow Plastics Insights

3.3.1 Giới thiệu chung

Moldflow Plastics Insights (MPI) của hãng MOLDFLOW là sản phẩm hàng đầu sử dụng công nghệ mô phỏng chuyên sâu để kiểm tra tính hợp lệ của bản thiết kế chi tiết và khuôn, cung 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, MPI 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.

MPI 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.

MPI 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.

Một số tiêu chuẩn của MPI:

- 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.

MPI 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 vật thể 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.

3.3.2 Giao diện phần mềm Moldflow Plastics Insights

Hình 3.6: Giao diện của phần mềm Moldflow Plastics Insights

Vùng đồ họa: là nơi quan sát và thao tác lên chi tiết

Bảng dự án (project): dùng để lưu trữ nhiều phần phân tích cho nhiều chi tiết, mỗi phần phân tích gọi là một study.

Bảng công việc: Liệt kê các thao tác cần thiết và kết quả có được cho từng study Các lớp hình học: khi lựa chọn một loại lớp hình học như nút, lưới, mặt cong…, lớp đó sẽ hiện lên trên vùng đồ họa.

3.3.3 Các chức năng chính

- Nhập mô hình hình học (import): Vào File>Import, nạp mô hình hình học của chi tiết từ nhiều định dạng (IGES, UDM…)

- Tạo lưới (Mesh) cho vật thể: Vào Mesh>Creat Mesh Do MPI phân tích quá trình đúc phun dựa trên mô hình ô lưới hữu hạn, ta bắt buộc phải tạo lưới cho vật thể trước

khi phân tích.

- Lựa chọn loại vật liệu đúc: Vào Analysis>Select Material

- Lựa chọn các thông số cho quá trình đúc: Vào Analysis>Process Settings Wizard - Lựa chọn vị trí phun: Vào Analysis>Set Injection Locations.

- Lựa chọn đầu bơm nước làm mát: Vào Analysis>Set Coolant Inlets - Lựa chọn số lòng khuôn: Vào Modeling>Cavity Duplication Wizard - Xây dựng kênh nhựa : Vào Modeling>Runner System Wizard - Xây dựng kênh làm mát : Vào Modeling>Cooling Circuit Wizard - Xây dựng bề mặt khuôn : Vào Modeling>Mold Surface Wizard.

- Lựa chọn kiểu phân tích (Fill, Flow, Cooling, Warp…): Vào Analysis>Set Analysis Sequence…

- Thực hiện quá trình phân tích: Vào Analysis>Analysis Now!

Mỗi kiểu phân tích có thể cho những loại kết quả khác nhau hoặc giống nhau Ta so sánh kết quả phân tích với các chỉ tiêu cần đạt, tìm kiếm những điểm bất hợp lý, những khuyết tật tiềm tàng, từ đó sửa đổi thiết kế của chi tiết và khuôn cho phù hợp MPI cung cấp cho người sử dụng một số lượng kết quả rất phong phú giúp người sử dụng hiểu rõ hơn quá trình đúc phun.

3.3.4 Các loại kết quả

Dưới đây là một số loại kết quả thu được khi chọn kiểu phân tích Flow:

The Fill time result: mô tả vị trí dòng chảy nhựa ở theo thời gian từ lúc vòi phun

bắt đầu hoạt động cho đến khi lòng khuôn đầy nhựa Mỗi màu biểu diễn các phần của khuôn được điền đầy ở cùng một thời điểm Màu xanh đậm chỉ những nơi nhựa chảy đến đầu tiên còn màu đỏ chỉ những nơi cuối quá trình chảy Nếu trong chi tiết có vùng bị thiếu nhựa, vùng đó sẽ không được tô màu.

The pressure result: mô tả sự phân bố áp suất trong lòng khuôn theo thời gian Ở

giai đoạn điền đầy, áp suất phân bố trong lòng khuôn không được sai khác quá lớn Với các khuôn có nhiều lòng khuôn, áp suất giới hạn ở mức 100-150 MPa Với khuôn phun nhựa trực tiếp từ cuống phun,, áp suất phải < 70 MPa.

Trong giai đoạn nén đặc, sự thay đổi áp suất sẽ làm ảnh hưởng không tốt tới độ co nhiệt của chi tiết Vì vậy áp suất nên được duy trì không đổi trong giai đoạn này.

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 Tốc

độ trượt bắt nguồn từ ứng suất cắt ở thành sản phẩm và độ chảy, là số đo tốc độ các lớp nhựa trượt lên nhau Nếu tốc độ trượt quá lớn, chuỗi polyme sẽ bị phá vỡ và vật liệu giảm chất lượng Tốc độ trượt trong chu trình đúc không được vượt quá giá trị tốc độ trượt cho phép của vật liệu.

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.Nếu nhiệt độ đầu dòng chảy quá thấp trong vùng hẹp của chi tiết, sự thiếu nhựa có thể xảy ra Nếu nhiệt độ đầu dòng chảy quá lớn, chất lượng vật liệu sẽ giảm và các khuyết tật trên bề mặt xuất hiện Cần đảm bảo để loại nhiệt độ này luôn nằm trong vùng nhiệt cho phép của nhựa.

The bulk temperature result: mô tả nhiệt độ nhựa ở các vùng khác nhau trong

lòng khuôn theo thời gian Nếu nhiệt độ này có giá trị lớn nhất gần bằng nhiệt độ phá hủy vật liệu, cần xem xét thiết kế lại mô hình hình học của chi tiết hoặc thay đổi điều kiện đúc Khi thiết kế khuôn, cần tính đến nhiệt độ phân bố trong lòng khuôn khi điền đầy sao cho đồng đều Sự kém đồng đều có thể dẫn tới vật đúc co nhiệt không đều và bị cong vênh.

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 Thời gian này dựa trên quá trình động lực của cả hai giai đoạn điền đầy và nén chặt, khi nhựa nóng được phun vào khuôn Hầu hết chi tiết có thể được đẩy ra khi kênh nhựa đã đông đặc 50%, và chi tiết có thành dày, tỉ lệ này là 80%.

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 Chiều dày lớp nhựa nguội càng lớn, chiều dày của dòng nhựa lỏng càng nhỏ, khả năng chuyển động của dòng nhựa càng bị hạn chế.

Trong quá trình điền đầy, độ dày của lớp nhựa đông nên dùy trì không đổi theo dòng chảy liên tục, bởi nhiệt mất cho thành khuôn cân bằng với nhiệt do dòng nhựa nóng

cung cấp Khi nhựa không còn được phun vào, lượng mất nhiệt qua thành khuôn sẽ vượt trội làm kích thước của chiều dày lớp nhựa đông tăng lên rất nhanh.

The % shot weight result: là một biểu đồ mô tả tổng khối lượng nhựa được phun

vào lòng khuôn, tính theo tỷ lệ % của tổng khối lượng chi tiết nhựa, ở các thời điểm khác nhau trong quá trình điền đầy và nén chặt Từ kết quả, ta thấy rõ áp suất duy trì ảnh hưởng tới lượng nhựa phun vào.

The air traps result: mô tả những vị trí mà cản khí có thể xảy ra Hiện tượng này

thường xảy khi có ít nhất 2 dòng nhựa gặp nhau hay ở phần cuối của đường chảy nhựa Ta cần quyết định mức độ của cản khí và nơi chúng xảy ra Nếu chúng xuất hiện ở những bề mặt không cần vẻ ngoài tốt, cản khỉ có thể được chấp nhận Sử dụng kết quả thời gian điền đầy với kết quả cản khí giúp hiểu được chính xác sự điền đầy trong lòng khuôn như thế nào.

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 chi

The clamp force result: là một đồ thị mô tả lực kẹp theo thời gian trong hai giai

đoạn điền đầy và nén chặt Lực kẹp là giá trị tổng của phân bố áp suất trên toàn bộ chi tiết.

Lực kẹp là một hàm của áp suất phun và hình chiếu của chi tiết lên mặt phẳng XY (mặt phân khuôn) Lực kẹp lớn nhất không được lớn quá 80% lực kẹp giới hạn của máy để đảm bảo an toàn.

The flow rate, beams result: biểu diễn khối lượng và tốc độ nhựa được chuyển

vào kênh dẫn để tới lòng khuôn đây là thông tin có ích cho việc thiết kế hệ thống cấp nhựa, đặc biệt là khi sử dụng lòng khuôn với nhiều miệng phun.

The frozen layer fraction at end of fill result: mô tả chiều dày của lớp nhựa đông

vào 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 tại

thời 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.

3.5 Phần mềm PowerMill Pro 10

DELCAN – một cái tên được mọi người biết đến như một hãng cung cấp các phần mềm giải pháp CAD/CAM Có thể nhắc đến một số phần mềm rất nổi tiếng của DELCAN như ArtCam , PowerMill , PowerInSPECT , Exchange , FeatureCAM , Crispin , PartMaker v.v mổi phần mềm của họ được ứng dụng vào một mảng riêng của CAD/CAM , và nhắc đến CAD của PowerMill Pro 10 thì không thể không nhắc đến phần mềm PowerShape với nhiều tính năng giống như bao phần mềm khác thì PowerShape còn tồn tại khá nhiều tính năng độc đáo khác mà không phải phần mềm CAD nào cũng sỡ hữu được.

3.5.1 Giao diện của phần mềm PowerMill Pro 10

Hình 3.13:Giao diện của phần mềm PowerMill Pro 103.5.2 Một số tính năng chính của phần mềm PowerMill Pro 10

1.Model Import & Repair

Solid Doctor của PowerShape hổ trợ người dùng trong việc phân tích và sửa chữa các mô hình được Import từ các phần mềm thông dụng khác , cùng với việc kết hợp các công cụ tạo hình có sẵn trong PowerShape giúp người dùng có thể thực hiện nhanh