Giáo trình mô phỏng quy trình phun ép nhựa nodrm

TS PHẠM SƠN MINH - ThS TRẦN MINH THẾ UYÊN GIÁO TRÌNH MƠ PHỎNG QUY TRÌNH PHUN ÉP NHỰA BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  TS PHẠM SƠN MINH ThS TRẦN MINH THẾ UYÊN GIÁO TRÌNH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2014 GIÁO TRÌNH Nhà xuất ĐHQG-HCM tác giả/đối tác liên kết giữ quyền Copyright © © by VNU-HCM Publishing House and author/co-partnership All rights reserved TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM Xuất năm 2014 LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển liên tục ngành khn mẫu nói chung cơng nghệ phun ép nhựa nói riêng, sản phẩm ngày địi hỏi xác, đa dạng mẫu mã, thiết thực kinh tế từ khâu thiết chế tạo khn hồn chỉnh Do đó, đời phần mềm CAE đem lại bước tiến quan trọng cho bước thiết kế Hơn nữa, phát triển phần mềm CAE ngày nâng cao nhằm đưa kết phân tích xác Đến nay, độ tin cậy phần mềm CAE nói chung phần mềm Moldflow Plastic Insight nói riêng, lĩnh vực phun ép nhựa, cải thiện đạt độ xác cao Với ưu điểm tiết kiệm thời gian chi phí thiết kế, chế tạo tạo nên tính hiệu kinh tế cao đem lại lợi ích lớn cho trình sản xuất sản phẩm phun ép nhựa Do đó, ứng dụng phần mềm vào bước thiết kế khuôn phun ép yêu cầu quan trọng quy trình thiết kế khn Với mục đích trên, nhóm tác giả biên soạn sách với giúp đỡ tận tình KS Lại Tuấn Vũ đồng nghiệp – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, nhằm dùng làm tài liệu học tập cho môn học ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ, dùng cho sinh viên đại học học viên cao học thuộc nhóm ngành Kỹ thuật khí Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả đưa hướng dẫn cụ thể, bước sử dụng phần mềm Moldflow thiết kế khuôn ép phun Nội dung sách bao gồm:  Tổng quan phần mềm Moldflow Plastic Insight  Giới thiệu kiểu chia lưới sử dụng phần mềm hướng dẫn cách sửa lưới để đạt kết phân tích tốt  Tìm hiểu q trình phân tích dịng chảy nhựa phần mềm  Thiết kế hệ thống tập sửa lưới, tập thiết lập trình phân tích cách đánh giá kết phân tích từ phần mềm Trong q trình biên soạn, khơng thể tránh khỏi thiếu sót Nhóm tác giả mong nhận góp ý người đọc để lần biên soạn sau hoàn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin vui lịng gởi địa email: minhps@hcmute.edu.vn uyentmt@hcmute.edu.vn Nhóm tác giả: TS Phạm Sơn Minh - ThS Trần Minh Thế Uyên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC .5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM I GIAO DIỆN PHẦN MỀM II THANH PANEL ĐIỀU KHIỂN III CÁC THANH CÔNG CỤ HỖ TRỢ CHÍNH CỦA PHẦN MỀM .13 IV MENU MODELING 15 V MENU MESH 19 CHƯƠNG 2: THIẾT LẬP ĐIỀU KIỆN BIÊN CHO MÔ HÌNH .23 BÀI 1: CHUYỂN ĐỔI MƠ HÌNH CAD, CÁC KIỂU LƯỚI VÀ CÁCH TẠO LƯỚI 25 I CHUYỂN ĐỔI MƠ HÌNH CAD 25 II CÁC LOẠI LƯỚI DÙNG TRONG MOLDFLOW PLASTIC INSIGHT 26 III HƯỚNG DẪN CÁCH TẠO LƯỚI MIDPLANE 28 IV HƯỚNG DẪN CÁCH TẠO LƯỚI DUAL DOMAIN 30 V HƯỚNG DẪN CÁCH TẠO LƯỚI 3D SOLID 32 BÀI 2: CÁC BÀI TẬP HƯỚNG DẪN SỬA LƯỚI 37 I CÁC LỖI THƯỜNG XUẤT HIỆN TRONG LƯỚI 37 II Ý NGHĨA VIỆC SỬA LƯỚI 38 BÀI 2.1: HƯỚNG DẪN SỬA LỖI HIGH ASPECT RATIO 39 I HỆ SỐ RATIO 40 II HƯỚNG DẪN SỬA LỖI HIGH ASPECT RATIO 41 BÀI 2.2: HƯỚNG DẪN SỬA LỖI BAD CONNECTIVITY 55 I BAD CONNECTIVITY LÀ GÌ? 56 II HƯỚNG DẪN SỬA LỖI BAD CONNECTIVITY 56 BÀI 2.3: HƯỚNG DẪN SỬA LỖI ELEMENTS NOT ORIENTED 68 I ELEMENTS NOT ORIENTED 69 II HƯỚNG DẪN SỬA LỖI TRÊN MOLDFLOW 69 BÀI 2.4: HƯỚNG DẪN SỬA LỖI FREE EDGES 78 I LỖI FREE EDGES 79 II HƯỚNG DẪN SỬA LỖI FREE EDGES 79 BÀI 2.5: HƯỚNG DẪN SỬA LỖI FULLY OVERLAPPING ELEMENTS 93 I LỖI FULLY OVERLAPPING ELEMENTS 94 II HƯỚNG DẪN SỬA LỖI FULLY OVERLAPPING 94 BÀI 3: CÁCH TẠO MÔ HÌNH NHIỀU LỊNG KHN VÀ KÊNH DẪN 106 I KHN NHIỀU LỊNG KHN VÀ HỆ THỐNG KÊNH DẪN 107 II HƯỚNG DẪN XÂY DỰNG KHN CĨ NHIỀU LỊNG KHUÔN TRONG MOLDFLOW 110 BÀI 4: HƯỚNG DẪN TẠO HỆ THỐNG GIẢI NHIỆT 132 I KÊNH LÀM NGUỘI 133 II TẠO KÊNH LÀM NGUỘI 135 CHƯƠNG 3: CÁC Q TRÌNH PHÂN TÍCH VÀ BÀI TẬP THAM KHẢO 145 BÀI 1: QUÁ TRÌNH FILL + PACK VÀ ỨNG DỤNG TRÊN SẢN PHẨM NẮP Ổ CẮM ĐIỆN 145 I FILLING AND PACKING ANALYSIS 145 II HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT CHO QUÁ TRÌNH FILLING VÀ PACKING .150 III PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ 163 BÀI 2: QUÁ TRÌNH COOL VÀ ỨNG DỤNG TRÊN SẢN PHẨM GHẾ NHỰA 177 I TỐI ƯU HỆ THỐNG LÀM NGUỘI 177 II HƯỚNG DẪN THIẾT LẬP QUÁ TRÌNH COOLING 178 III PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 194 BÀI 3: QUÁ TRÌNH WARPAGE (PHÂN TÍCH CONG VÊNH) TRÊN SẢN PHẨM NẮP BÌNH NƯỚC 203 I WARPAGE 203 II HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PHÂN TÍCH WARPAGE 207 BÀI 4: THIẾT LẬP VÀ PHÂN TÍCH SẢN PHẨM NÓN BẢO HIỂM 226 I CÁC BƯỚC PHÂN TÍCH SẢN PHẨM NĨN BẢO HIỂM 226 II PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THU ĐƯỢC 255 TÀI LIỆU THAM KHẢO .262 Chương GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM Mục tiêu Chương 1: Sau học xong chương này, người học có khả năng: 1) Giải thích cơng dụng thành phần phần mềm 2) Trình bày tổng quan lệnh công nghệ CAE I GIAO DIỆN PHẦN MỀM Để mở phần mềm với phiên bản:  Phiên 6.1: Start/All programs/Moldflow Plastic Insight 6.1/Plastic Insight 6.1  Phiên 6.2: Start/All programs/Moldflow Plastic Insight 6.2/Plastic Insight 6.2  Phiên 2010: Moldflow 2010 Start/All programs/Autodesk/Autodesk Hình 1.1: Giao diện phiên 6.2 (Giao diện phiên gần giống nhau) Để mở Project tạo Project mới, chọn Open Project New Project Sau mở Project, có giao diện với vùng riêng biệt hình dưới: Hình 1.2: Các vùng giao diện phần mềm  Thanh menu: Chứa toàn lệnh hỗ trợ phần mềm cho người sử dụng  Các công cụ hỗ trợ: Sử dụng tồn q trình từ nhập mơ hình đến phân tích kết  Thanh cơng cụ Layers: Hỗ trợ việc thể mơ hình cho trực quan  Cửa sổ Tasks: Thể đối tượng làm việc phần mềm, bước thực trình cài đặt trước phân tích  Cửa sổ Tools: Thể lệnh sử dụng chủ yếu trình sửa lưới  Vùng đồ họa: Thể mơ hình sản phẩm  Trục tọa độ: Hỗ trợ cho việc xác định phương hướng  Cửa sổ Study: Hỗ trợ việc chuyển đổi Study cách dễ dàng II THANH PANEL ĐIỀU KHIỂN Hình 1.3: Thanh Panel điều khiển 2.1 File: Được dùng để làm việc với file đối tượng (Project) Hình 1.4: Menu File 2.1.1 Các lệnh thực với Project:  : Tạo Project  : Mở Project sẵn có  Close Project: Đóng Project 2.1.2 Các lệnh thực với Study:  New: Tạo Study  Close: Đóng Study  : Lưu Study  : Nhập mơ hình sản phẩm vào mơi trường phân tích  : Thêm mơ hình khác vào mơi trường phân tích 2.2 View: Được dùng để quản lý giao diện phần mềm với người dùng góc nhìn chi tiết, tùy chọn thường để phóng to hay thu nhỏ … Thể công cụ hỗ trợ người dùng trình sử dụng phần mềm: Hình 3.173: Xác định kích thước kênh làm nguội Chọn Next Bảng hộp thoại Cooling Circuit Wizard – Layout – Page of 2, nhập giá trị:  Number of channels:  Distance between channel centers: 30mm  Distance to extend beyond part: 150mm Hình 3.174: Xác định vị trí, hình dáng kênh làm nguội 250 Chọn Finish, hệ thống kênh làm nguội tạo tự động hình: Hình 3.175: Đường làm nguội sau tạo tự động Do yêu cầu kênh làm nguội gồm sáu đường, nửa khn sử dụng ba đường, đó, cần tạo thêm đường lại nằm song song với hai đường vừa tạo Chọn Modeling – Move/Copy – Translate Hình 3.176: Modeling – Move/Copy – Translate: Di chuyển đối tượng 251 Trên cửa sổ Tools, làm bước sau:  Select: Chọn đường làm nguội  Vectorr: Nhập giá trị 80 0 (tạo kênh làm nguội nằm song song với kênh làm nguội chọn theo phương X cách 80mm)  Đánh dấu Tick vào Copy  Nhập giá trị Number of copies: Hình 3.177: Chọn đường làm nguội Chọn Apply kênh làm nguội nằm bên trái, cần tạo kênh nằm bên phải, nhập giá trị vào ô Vector: -80 0 Hình 3.178: Thao tác với lệnh Translate 252 Chọn Apply ba kênh làm nguội nửa phần khn Hình 3.179: Thực lệnh Tương tự với nửa phần bên trên, có hệ thống làm nguội sau: Hình 3.180: Hệ thống làm nguội 253 Bước 3: Thiết lập cho hệ thống kênh làm nguội: Trên cửa sổ Tasks, chọn phải chuột Cooling Circuit(s), chọn Set Coolant Inlets Hình 3.181: Mở bảng hộp thoại Set Coolant inlet Bảng hộp thoại Set Coolant inlet ra, chọn Edit để thiết lập thông số cho chất giải nhiệt sử dụng Hình 3.182: Thay đổi thông số chất giải nhiệt Các đường làm nguội có đường kính 10 mm, sử dụng nước làm chất giải nhiệt, nhiệt độ nước sử dụng 250C Chọn OK Bước 4: Tiến hành chạy phân tích thu thập kết Tiến hành cài đặt trình phân tích cong vênh (tổng hợp) sản phẩm Cool + Fill + Pack + Warp: Với đường nước thiết kế thu kết độ cong vênh sản phẩm ? 254 II PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Phân tích kết với q trình điền đầy giữ áp Hình 3.183: Thời gian điền đầy Quá trình Filling kết thúc với thời gian điền đầy 98% thể tích sản phẩm 1.387s Quan sát hình thấy trình điền đầy diễn cách đồng đều, sản phẩm có bề dày khơng đổi 3mm, đó, khơng có xuất Hesite Race tracking Quan sát thay đổi áp suất trình phun ép: 255 Hình 3.184: Biểu đồ áp suất Áp suất trình Filling tăng dần thời gian phun ép tăng, điều lí giải cho q trình điền đầy diễn ra, áp suất cần tăng để đẩy vật liệu lỏng vào lịng khn lực cản nén khí khn ứng suất sinh lớp vật liệu bị trượt lên Hình 3.185: Quá trình Packing kéo dài từ 1.398 – 11.329s Sau trình Filling, áp suất giảm xuống mức cao khoảng 29.6 MPa, áp suất dùng cho trình Packing tiếp 256 theo, áp suất giữ cố định suốt trình Packing với mục đích bổ sung vật liệu cho q trình co ngót, q trình kéo dài từ sau Filling đến bắt đầu trình Cooling vào khoảng 1.4 – 11.4s Lực kẹp khn có mối liên hệ phụ thuộc chặt chẽ với áp suất phun ép, thay đổi áp suất phun ép dẫn tới thay đổi lực kẹp để đảm bảo khn đóng kín Hình 3.186: Biểu đồ lực kẹp Lực kẹp tăng áp suất phun tăng giảm áp suất phun giảm, từ biểu đồ thấy lực kẹp sau trình Packing kết thúc khoảng 11.4s Hình 3.187: Kết thúc trình Filling Quá trình tăng áp suất đạt cực đại 1.3279s với áp suất đạt 37.0526 MPa Sau trình Filling, khối lượng sản phẩm kênh dẫn 520.4774g Thể tích bị co rút sau trình Filling khoảng từ 2.1786% - 13.0254% lớn, gây lỗi phun ép Sink 257 mark, giải cách cài đặt cho trình Packing Sau trình Packing thu kết sau: Hình 3.188: Độ co rút sản phẩm Hình 3.189: Quá trình Packing Áp suất cho trình Packing giữ mức cao, vào khoảng 29.6 Mpa, khắc phục lượng thể tích co ngót, đồng thời làm tăng 258 khối lượng sản phẩm từ 520.4774g lên 536.3748g nhờ trình Packing đẩy thêm lượng vật liệu vào bổ sung cho q trình co ngót Sau q trình Packing, 10.15% thể tích sản phẩm đơng đặc lại Tiếp theo q trình Cooling giúp sản phẩm đơng đặc để đưa sản phẩm khỏi khuôn, tiếp tục chu trình Thêm nữa, từ phần mềm Moldflow biết vị trí rỗ khí xảy phun ép từ phân tích, lựa chọn hệ thống khí cho phù hợp Trong trường hợp này, thấy, rỗ khí xuất vị trí kết thúc điền đầy cho sản phẩm khn, nơi mà khí khơng kịp q trình điền đầy Hình 3.190: Các vị trí xuất rỗ khí Ngồi giải vấn đề rỗ khí thiết kế, với sản phẩm nón bảo hiểm cần có giải pháp cho vấn đề đường hàn Đường hàn khuyết tật khó tránh khỏi phun ép, thiết kế cần hạn chế tối đa đường hàn, thực tế, khuyết tật đường hàn chấp nhận chất lượng đường hàn tốt Với Moldflow chúng kiểm tra chất lượng đường hàn có tốt hay khơng cách xem nhiệt độ thời điểm đường hàn tạo so với nhiệt độ gia cơng, gần kết luận đường hàn chấp nhận tiến hành bước Nếu đường hàn không tốt, cần phải thiết kế lại cổng phun, số lượng cổng phun vị trí cổng phun cho phù hợp Phân tích q trình làm nguội sản phẩm Với hệ thống làm nguội thiết kế, tiến hành phân tích thu số kết sau: 259 Hình 3.191: Nhiệt độ đầu vào chất giải nhiệt Nhiệt độ vào hệ thống làm lạnh chênh 0.150C đạt yêu cầu Theo kết cho thấy, phần phía sản phẩm có chênh lệnh nhiệt độ vào nhiều chứng tỏ phần bên cần giải nhiệt tốt phần phía Tiếp theo, quan sát kết giải nhiệt sản phẩm Hình 3.192: Nhiệt độ sản phẩm 260 Nhiệt độ phía bên sản phẩm chênh lệch lớn so với nhiệt độ bên ngoài, điều dẫn đến độ cong vênh sản phẩm sau lấy khỏi khn Phân tích q trình cong vênh sản phẩm Với hệ thống kênh làm nguội thiết kế ban đầu, kết cong vênh sản phẩm lấy khỏi khn 6.002mm Hình 3.193: Kết cong vênh sản phẩm Đây số lớn, cần điều chỉnh lại để đáp ứng yêu cầu sản phẩm Kết luận: Từ kết phân tích trên, nhiệm vụ cần thực thiết kế hệ thống khí hệ thống kênh dẫn nguội lại cho phù hợp, đảm bảo yêu cầu thiết kế sản phẩm Thiết kế khuôn ba với cổng phun trực tiếp vào đỉnh sản phẩm Các thống số phun ép chọn trường hợp phân tích là:  Mold Temperature: 800C  Melt Temperature: 273.850C chọn cài đặt 2740C  Injection Time: 1.3257 s chọn cài đặt 1.3s  Cycle Time: 30s 261 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Lê Quang Bình – Hướng dẫn sử dụng phần mềm Moldflow [2] Giáo trình Thiết kế, chế tạo khn phun ép nhựa – Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Tiếng Anh: [3] Jay Shoemaker – Moldflow Design Guide 1st – 2006 [4] Peter Jones – The Mould Design Guide – 2008 [5] AMI The Mesh – Autodesk Moldflow Insight 2012 [6] Manual Moldflow 6.0 – 2006 [7] Moldflow Analysis Report of pipe connector [8] Moldflow Analysis Report of Reflector [9] Autodesk WikiHelp: http://wikihelp.autodesk.com/Simulation_Moldflow_Insight/enu/2014 262 GIÁO TRÌNH TS PHẠM SƠN MINH - ThS TRẦN MINH THẾ UYÊN NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Khu Phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TPHCM Số 3, Cơng trường Quốc tế, Quận 3, TP Hồ Chí Minh ĐT: 38239171 – 38225227 - 38239172 Fax: 38239172 - Email: vnuhp@vnuhcm.edu.vn PHÒNG PHÁT HÀNH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Số Cơng trường Quốc tế - Quận – TPHCM ĐT: 38239170 – 0982920509 – 0913943466 Fax: 38239172 – Website: www.nxbdhqghcm.edu.vn Chịu trách nhiệm xuất bản: NGUYỄN HOÀNG DŨNG Chịu trách nhiệm nội dung: NGUYỄN HOÀNG DŨNG Tổ chức thảo chịu trách nhiệm tác quyền TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM Biên tập: PHẠM ANH TÚ Sửa in: THÙY DƯƠNG Trình bày bìa TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM Mã số ISBN: 978-604-73-2598-6 Số lượng 300 cuốn; khổ 16 x 24cm Số đăng ký kế hoạch xuất bản: 1007-2014/CXB/21-59/ĐHQGTPHCM Quyết định xuất số: 137 ngày 10/07/2014 NXB ĐHQGTPHCM In Công ty TNHH In Bao bì Hưng Phú Nộp lưu chiểu quý III năm 2014 263 ISBN: 978-604-73-2598-6 786047 325986 ... đặt trình phân tích dịng chảy Sau q trình chia lưới, bước theo thứ tự:  Set Molding Process: Chọn chu trình ép phun (Chủ yếu Thermoplastic Injection Molding) 11  Set Analysis Sequence: Chọn trình. .. kế sản phẩm phun ép hệ thống kênh dẫn, hệ thống giải nhiệt, tạo nhiều lịng khn Hoặc mô bề mặt khuôn ép, đảm bảo kết phân tích xác Hình 1.7: Menu Modeling 2.4 Mesh: Chứa lệnh cho trình sửa lưới... lĩnh vực phun ép nhựa, cải thiện đạt độ xác cao Với ưu điểm tiết kiệm thời gian chi phí thiết kế, chế tạo tạo nên tính hiệu kinh tế cao đem lại lợi ích lớn cho trình sản xuất sản phẩm phun ép nhựa