Thiết kế, chế tạo module gia nhiệt bằng khí nóng cho khuôn phun ép

TĨM TẮT Cơng việc nhóm trình bày lý chọn đề tài phân tích tầm quan trọng đề tài yếu tố kinh tế kĩ thuật Do hạn chế kiến thức nên nhóm giới hạn đề tài để sản phẩm nhóm chế tạo mang tính nghiên cứu Sau đó, nhóm tìm hiểu loại gia nhiệt cho khí nóng nhanh Có phương án thiết kế cho nhóm: rãnh khí chạy theo đường zig-zag, rãnh khí chạy theo đường xoắn ốc Từ ý tưởng đó, nhóm đưa nhiều phương án phân tích phần mềm Ansys-CFX nhằm chọn phương án tối ưu Sau nhóm chọn phương án thứ rãnh khí vng, chạy theo đường zig-zag Xong việc thiết kế khối gia nhiệt, nhóm tiến hành xuất G-code gia công máy CNC Tiếp đến nhóm đo nhiệt độ cho nhơm 50 x 100 (mm) có độ dày: 0.5 (mm), 1.0 (mm), 1.5 (mm), 2.0 (mm) Từ đến 20 giây Thu thập liệu, vẽ biểu đồ so sánh Sau so sánh kết xấp xỉ với mơ phỏng, nhóm bắt đầu thiết kế khung đỡ, điều chỉnh theo trục X, Y, Z Lắp mạch điện tiến hành gia nhiệt cho nhóm khác Cuối cùng, nhóm rút kết luận đề vài phương án để phát triển sản phẩm cho công nghệ phun ép nhựa Việt Nam vi ABTRACT First of all, our team’s research is to illustrate why this subject is chosen and to analyze its importance about economic and technical aspects However, our subject are limited by some disadvantages of knowlege, thus, this just only apply to researched aspects Finally, we research several thermal systems and how to make the output of air become quickly heated There are metheds to design for this: the channel that air flows throught out zigzag way and the channel that air flows throught out curly way Depending on these ideas we attempt to analyze this subject by Ansys-CFX that can help us find out what method is the best After that, we choose the first method which is square zigzag channel We then design our thermal system, make an G-code output, and create on CNC machine The next section is we measure some temperatures for aluminum plates (50x100) that is listed as follow: 0.5 (mm), 1.0 (mm), 1.5 (mm), 2.0 (mm) From to 20 second, we collect datas and make the charts to compare these datas Last but not least, we compare results with the simulation, our team start designing frame, which can adjust in axises (X,Y,Z) We finally assemble electronic circuit and try to use our thermal system Ultimately, we make a conclusion and give some different methods to develop products for injection molding in Vietnam vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi ABTRACT vii MỤC LỤC viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH VẼ x CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Khái qt tình hình chung ngành khn mẫu ép nhựa Việt Nam 1.2 Giới thiệu công nghệ ép phun 1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến chất lượng sản phẩm 1.4 Phương pháp gia nhiệt cho khn phun ép khí nóng CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung phần mềm Ansys 2.2 Giới thiệu phần mềm ANSYS – Module CFX 2.3 Ứng dụng ANSYS – CFX mơ q trình gia nhiệt cho bề mặt khn 10 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MODULE GIA NHIỆT 33 3.1 Thiết kế khí: Module gia nhiệt 33 3.2 Thiết kế mạch điện điều khiển module gia nhiệt cho khuôn ép phun 42 3.3 Chế tạo hoàn chỉnh lắp mạch điện 49 3.4 Hình ảnh tổng quan thực tế 49 CHƯƠNG KIỂM TRA - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 56 4.1 Chạy thử: 56 4.2 Kiểm tra, so sánh đánh giá kết quả: 57 CHƯƠNG KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78 5.1 Kết luận: 78 5.2 Hướng phát triển: 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2: Thông số Inflation .21 Bảng 2.1: Thông số Inflation 21 Bảng 2.2: Thông số Inflation 22 Bảng 2.3: Thông số sizing 23 Bảng 3: Bảng thông số cảm biến nhiệt .45 Bảng 3.1: Thông số điều khiển nhiệt độ 46 ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Các sản phẩm nhựa Hình 1.1: Cơ cấu máy ép phun Hình 1.2: Sản phẩm khơng điền đầy Hình 1.3: Sản phẩm bị lỗi đường hàn Hình 1.4: Sản phẩm bị rỗ khí Hình 1.5: Vùng gia nhiệt .4 Hình 2: Phần mềm Ansys Hình 2.1: Mơ đàn hồi tuyến tính Hình 2.2: Mơ dịng chảy Hình 2.3: Mơ ứng suất chi tiết Hình 2.4: Mơ dịng chảy khí Hình 2.5: Tiến trình giải bái tốn Ansys - CFX Hình 2.6: Giao diện cần thực CFX .8 Hình 2.7: Kết mơ CFX Hình 3.1: Tấm 33 Hình 3.2: Tấm 33 Hình 3.3: Hai ghép lại 34 Hình 3.4: Tấm 34 Hình 3.5: Tấm 35 Hình 3.6: Hai ghép lại 35 Hình 3.7: Tấm 36 Hình 3.8: Tấm trung gian 37 Hình 3.9: Tấm 37 Hình 3.10: Vật liệu cách nhiệt 38 Hình 3.11: Khối gia nhiệt vịi phun 39 Hình 3.12: Khối gia nhiệt vòi phun 39 Hình 3.13: Mạch điện điều khiển heater 40 Hình 3.14: Mạch điện điều khiển điện trở kết hợp điều khiển van khí nén 2/2 41 x Hình 3.15: Mơ mạch điện điều khiển điện trở kết hợp điều khiển van khí nén 3/2 phần mềm Festo Fluidsim 42 Hình 3.16: Circuit Breaker 43 Hình 3.17: Contactor 44 Hình 3.18: Điện trở đốt nóng 44 Hình 3.19: Cảm biến nhiệt 45 Hình 3.20: Rơ Le nhiệt 46 Hình 3.21: Bộ nguồn tổ ong 24V DC .47 Hình 3.22: Sơ đồ tổng quát adaptor 47 Hình 3.23: Rơ le trung gian thời gian 47 Hình 3.24: Van khí nén 2/2 .48 Hình 3.25: Súng đo nhiệt độ .48 Hình 3.26: Máy nén khí 49 Hình 3.27: Mạch điện thực tế chưa hoạt động 50 Hình 3.28: Mạch điện thực tế hoạt động 51 Hình 3.29: Mạch điện thực tế hoạt động 52 Hình 3.30: Cánh tay robot 53 Hình 3.31: Khối gia nhiệt vòi phun 54 Hình 3.32: Lắp module gia nhiệt vào cánh tay robot 55 Hình 4.1: Tấm “insert” vị trí đo nhiệt độ .57 Hình 4.2: Bảng nhiệt độ đo 0.5 mm 58 Hình 4.3: Đồ thị point 59 Hình 4.4: Đồ thị point 59 Hình 4.5: Đồ thị point 59 Hình 4.6: Đồ thị point 59 Hình 4.7: Đồ thị point 60 Hình 4.8: Đồ thị point 60 Hình 4.9: Đồ thị point 60 Hình 4.10: Bảng nhiệt độ đo mm 61 xi Hình 4.11: Đồ thị point 62 Hình 4.12: Đồ thị point 62 Hình 4.13: Đồ thị point 62 Hình 4.14: Đồ thị point 62 Hình 4.15: Đồ thị point 63 Hình 4.16: Đồ thị point 63 Hình 4.17: Đồ thị point 63 Hình 4.18: Bảng nhiệt độ đo 1.5 mm 64 Hình 4.19: Đồ thị point 65 Hình 4.20: Đồ thị point 65 Hình 4.21: Đồ thị point 65 Hình 4.22: Đồ thị point 65 Hình 4.23: Đồ thị point 66 Hình 4.24: Đồ thị point 66 Hình 4.25: Đồ thị point 66 Hình 4.26: Bảng nhiệt độ đo mm 67 Hình 4.27: Đồ thị point 68 Hình 4.28: Đồ thị point 68 Hình 4.29: Đồ thị point 68 Hình 4.30: Đồ thị point 68 Hình 4.31: Đồ thị point 69 Hình 4.32: Đồ thị point 69 Hình 4.33: Đồ thị point 69 Hình 4.34: Bảng nhiệt độ đo 70 Hình 4.35: Đồ thị point 71 Hình 4.36: Đồ thị point 71 Hình 4.37: Đồ thị point 71 Hình 4.38: Đồ thị point 71 Hình 4.39: Đồ thị point 72 xii Hình 4.40: Đồ thị point 72 Hình 4.41: Đồ thị point 73 Hình 4.42: Bài báo nước ngồi biểu đồ gia nhiệt 75 Hình 4.43: Bài báo nước biểu đồ gia nhiệt 75 Hình 4.44: Bài báo nước biểu đồ gia nhiệt 76 xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Khái qt tình hình chung ngành khn mẫu ép nhựa Việt Nam Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng sản phẩm nhựa cao, đặc biệt thị hiếu người tiêu dùng thay đổi hình dáng mẫu mã Khách hàng khơng ý đến chất lượng mà ngày đặc biệt quan đến vấn đề thẩm mỹ, thời trang Vì vậy, nhu cầu khuôn ép nhựa ngày cao, công ty thiết kế, sản xuất khuôn ép nhưa cịn ít, đội ngũ kỹ sư thiết kế có tay nghề cao, chun mơn sâu rộng cịn thiếu Về lĩnh vực giáo dục mới, có trường đào tạo chun sâu lĩnh vực Hình 1: Các sản phẩm nhựa 1.2 Giới thiệu công nghệ ép phun Một cách đơn giản nhất, cơng nghê ép phun q trình phun nhựa nóng chảy điền đầy lịng khn Một nhựa làm nguội đơng cứng lại lịng khn khn mở sản phẩm đẩy khỏi khn nhờ hệ thống đẩy Trong q trình khơng có phản ứng hóa học Hình 1.1: Cơ cấu máy ép phun 1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ khuôn đến chất lượng sản phẩm Các sản phẩm lỗi nhiệt độ khn khơng thích hợp Hình 1.2: Sản phẩm khơng điền đầy Hình 4.23: Đồ thị point Hình 4.24: Đồ thị point Hình 4.25: Đồ thị point 66 BẢNG NHIỆT ĐỘ ĐO ĐƯỢC CỦA TẤM 2mm: Hình 4.26: Bảng nhiệt độ đo mm  GIẢI THÍCH KÝ HIỆU:  P1_SIM: Kết mô Point số  P1_EXP: Kết đo thực tế Point số  Time: Khoảng thời gian đo 1s-20s  Đơn vị nhiệt độ: Độ Celsius (°C) 67  Đồ thị so sánh: Hình 4.27: Đồ thị point Hình 4.29: Đồ thị point Hình 4.28: Đồ thị point Hình 4.30: Đồ thị point 68 Hình 4.31: Đồ thị point Hình 4.32: Đồ thị point Hình 4.33: Đồ thị point 69 - Kết so sánh nhiệt thực tế tấm:  BẢNG NHIỆT ĐỘ ĐO ĐƯỢC CỦA TẤM: Hình 4.34: Bảng nhiệt độ đo  GIẢI THÍCH KÝ HIỆU:  P1_0.5mm: Nhiệt độ Point số dày 0.5mm  P1_1mm : Nhiệt độ Point số dày 1mm  P1_1.5mm: Nhiệt độ Point số dày 1.5mm  P1_2mm : Nhiệt độ Point số dày 2mm  Time : Khoảng thời gian đo 1s-20s  Đơn vị nhiệt độ: Độ Celsius (°C) 70  Đồ thị so sánh: Hình 4.35: Đồ thị point Hình 4.37: Đồ thị point Hình 4.36: Đồ thị point Hình 4.38: Đồ thị point 71 Hình 4.39: Đồ thị point Hình 4.40: Đồ thị point 72 Hình 4.41: Đồ thị point 73  Đánh giá, kết quả: - Nhận xét: + Thời gian đầu sau gia nhiệt “stamp” tăng nhanh chóng; sau khoảng thời gian từ 10s-15s nhiệt độ tăng chậm dần khơng tăng + Nhiệt độ cao điểm phía so với tâm gia nhiệt, khí nóng từ ống phun khí có xu hướng bay lên Kế tiếp nhiệt độ tâm giảm dần hướng xung quanh + Nhìn chung sau 20s gia nhiệt “stamp” đạt nhiệt độ yêu cầu 1500C tâm + Tuy nhiên thực nghiệm mơ có số sai lệch nhỏ, số điểm sai lệch khoảng gần 300C + Ngun nhân: Để có sai lệch thấp q trình “chia lưới” mơ địi hỏi thời gian cấu hình máy tính cao, thời gian nghiên cứu có hạn nên dẫn đến sai số mơ phỏng, ngồi sai số sinh ảnh hưởng môi trường (nhiệt độ,áp suất khơng khí, áp suất máy phun, độ ẩm, sai số đo đạt ) - Một số biểu đồ so sánh mô thực nghiệm tham khảo từ số báo nước ngồi: 74 Hình 4.42: Bài báo nước biểu đồ gia nhiệt Hình 4.43: Bài báo nước ngồi biểu đồ gia nhiệt 75 Hình 4.44: Bài báo nước ngồi biểu đồ gia nhiệt 76 + Nghiên cứu khắc phục sản phẩm bị lỗi đường hàn Hình 4.45: Gia nhiệt cho đường hàn Sản phẩm không gia nhiệt Sản phẩm gia nhiệt 77 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận: • Khi giao nhiệm vụ làm đề tài tốt nghiệp Thiết kế chế tạo module gia nhiệt khí nóng cho khn phun ép Gần tháng tìm tịi tài liệu, quan sát thực tế nguyên lý máy ép phun, chất lượng sản phẩm, chế tạo hệ thống, nhờ giúp đỡ nhiệt tình thầy TS Phạm Sơn Minh giúp chúng em hồn thành nhiệm vụ • Phương pháp hoàn toàn mới, chế tạo thử Việt Nam Cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm, khắc phục tốt lỗi mà ngành nhựa cần • Tuy sản phẩm mang tính nghiên cứu dừng lại mức độ mơ hình nội dung thuyết minh trình bày đặc tính, nguyên lý trình làm hệ thống Về hệ thống có đặc điểm kết cấu không phức tạp lắm, nguyên lý hoạt động đơn giản, dễ sử dụng Tuy nhiên hệ thống làm việc nhiệt độ, điện áp cao, cần trọng tới an tồn lao động Do độ cứng vững thiết kế khí quan trọng, cần đặt hàng đầu việc thiết kế, chế tạo • Với cơng việc thiết kế chế tạo module gia nhiệt khí nóng cho khn phun ép, thời gian có hạn, hiểu biết kiến thức hạn chế, nên công việc thiết kế chế tạo chúng em mắc nhiều sai sót, mong góp ý thầy bạn để chúng em có hiểu biết sâu sắc nhằm hoàn thiện kiến thức thân Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy môn Công nghệ chế tạo máy, đặc biệt thầy TS Phạm Sơn Minh tận tâm dẫn giúp chúng em hoàn thành nhiệm vụ 5.2 Hướng phát triển: • Qua trình Thiết kế chế tạo module gia nhiệt khí nóng cho khn phun ép, với mộ số kết ban đầu mà đề tài đạt trình bày bên trên, chúng em nhận thấy đề tài cịn số vấn đề tiếp tục nghiên cứu để phát triển sản phẩm lên bước nên ứng dụng rộng rãi sản xuất nhựa (cơng nghệ ép phun): • Về khí: - Các mối lắp ghép nên sử dụng bulong chìm để tăng tính thẫm mỹ, phù hợp với mơi trường công nghiệp - Tâm đỡ module gia nhiệt nên tăng kích thước bề dày để tăng độ cứng vững q trình gia nhiệt • Về điện: 78 - Thiết kế LCD hiển thị đầy đủ thông báo nhiệt độ thời gian cài đặt, thời gian cịn lại, số lần phun, áp suất khí đầu - Các dây điện cần cách nhiệt cách bỏ dây điện vào ống cách nhiệt để ngăn truyền nhiệt từ khối gia nhiệt 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] PGS.TS Đặng Thiện Ngôn, “ Giáo trình trang bị điện – điện tử máy cơng nghiệp”, Nhà xuất ĐHQG [2] TS.Phạm Sơn Minh - ThS.Trần Minh Thế Uyên, “Giáo trình thiết kế chế tạo khuôn phun ép nhựa”, Nhà xuất ĐHQG [3] PGS.TS Lê Hiếu Giang – TS.Nguyễn Thị Hồng Minh, “Giáo trình cơng nghệ thủy lực khí nén”, Nhà xuất ĐHQG [4] Http://vi.wikipedia.org/wiki/Th%C3%a9p [5] Http://viet4c.com/index.php/TIN-DAO-TAO/khoa-hoc-ansys.html [6] Http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/chuong-3-tinh-cong-suat-thiet-bi-dien-nhiet-va-tinhcach-nhiet.265164.html [7] http://tailieu.tv/tai-lieu/giao-trinh-he-thong-thuy-luc-va-khi-nen-9886/ ……… Tiếng Anh [1] http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/vs/Gradiva_E SS/Impletum/IMPLETUM_324STROJNISTVO_Strokovna_Strovs.pdf 80 ... Hình ảnh thực tế chế tạo khối gia nhiệt: Hình 3.11: Khối gia nhiệt vịi phun Hình 3.12: Khối gia nhiệt vòi phun 39 3.2 Thiết kế mạch điện điều khiển module gia nhiệt cho khuôn ép phun: 3.2.1 Yêu cầu... số cho kết ta cần 31 32 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MODULE GIA NHIỆT 3.1 Thiết kế khí module gia nhiệt: - Loại vịi phun Hình 3.1: Tấm Hình 3.2: Tấm 33 Hình 3.3: Hai ghép lại - Loại hai vịi phun. .. ANSYS – Module CFX 2.3 Ứng dụng ANSYS – CFX mô q trình gia nhiệt cho bề mặt khn 10 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MODULE GIA NHIỆT 33 3.1 Thiết kế khí: Module gia nhiệt