Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế khuôn ép nhựa bằng phần mềm công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        nguyÔn duy huÊn Nghiªn cøu thiÕt kÕ khu«n Ðp nhùa b»ng phÇn mÒm c«ng nghiÖp LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: TS. Phan chÝ ChÝnh HÀ NỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp i Lêi cam ®oan Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. NguyÔn Duy HuÊn Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip ii Lời cảm ơn Tụi xin trõn trng cm n TS. Phan Chí Chính, ngi ủó trc tip hng dn, giỳp ủ tụi trong quỏ trỡnh lm ủ ti v hon thnh Lun vn cựng tp th cỏc thy cụ trong B mụn C khí Khoa C in - Trng i hc Nụng nghip H Ni ủó giỳp ủ tụi trong quỏ trỡnh thc hin ủ ti. Tụi cng xin trõn trng cm n tp th cỏc thy, cụ giỏo trong khoa C in ủó trc tip ging dy tụi trong sut quỏ trỡnh hc tp ti trng. Cm n Trng Cao ủng Kinh tế kỹ thuật Thái Bình v bn bố ủng nghip ủó to mi ủiu kin thun li v giỳp ủ tụi hon thnh Lun vn ny. Tỏc gi lun vn Nguyễn Duy Huấn Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip iii Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hình vii Mở đầu 1 1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2 2 Mục tiêu của đề tài 2 3 Phơng pháp nghiên cứu 3 4 Nội dung nghiên cứu 3 Chơng 1. Tổng quan về chất dẻo nhiệt dẻo và ứng dụng 4 1.1 Chất dẻo nhiệt dẻo 4 1.1.1 Định nghĩa chất dẻo 4 1.1.2 Chất dẻo nhiệt dẻo 4 1.2 Phân loại chất dẻo nhiệt dẻo 5 1.2.1 Chất dẻo kết tinh 6 1.2.2 Chất dẻo vô định hình 6 1.3 Tính chất cơ học, lý học, hóa học của chất dẻo nhiệt dẻo 6 1.3.1 Tính chất chung của chất dẻo nhiệt dẻo 6 1.3.2 Tính chất lý học, cơ học, hóa học, công nghệ và ứng dụng của các loại chất dẻo nhiệt dẻo thông dụng 11 1.4 Tình hình sử dụng chất dẻo ở Việt Nam và Thái Bình 23 1.4.1 Tình hình sử dụng chất dẻo tại Việt Nam 23 1.4.2 Tình hình sử dụng và sn xut chất dẻo của Thái Bình 26 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip iv Chơng 2. Thiết bị và công nghệ ép phun chất dẻo nhiệt dẻo 28 2.1 Nguyên lý thiết bị ép phun 28 2.1.1 Hệ thống dây chuyền công nghệ 28 2.1.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị 28 2.2 Kết cấu thiết bị ép phun chất dẻo nhiệt dẻo 29 2.2.1 Khối ép phun nhựa 29 2.2.2 khối đóng mở khuôn và kẹp chặt khuôn 31 2.2.3 Kết cấu khuôn ép phun nhựa 33 2.3 Công nghệ ép phun trên thiết bị ép phun chất dẻo 44 2.3.1 Quy trình ép phun trên thiết bị ép phun 44 2.3.2 áp lực ép 45 2.3.3 Điều khiển gia nhiệt, giữ nhiệt 45 Chơng 3. Thiết kế khuôn ép phun bằng công nghệ 3D 48 3.1 Phần mềm SolidWorks - MOLDworks 48 3.1.1 Gii thiu chung 48 3.1.2 Phần mêm Moldflow 3.1 49 3.2 Thiết kế khuôn mũ bảo hiểm bằng công nghệ 3D 51 3.2.1 thiết kế mô hình chi tiết nhựa vỏ cứng mũ bảo hiểm theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5756-2001 51 3.2.2 Thiết kế 3D phần miếng ghép lòng khuôn và lõi khuôn cho sản phẩm nhựa 54 3.3 Thiết kế khuôn ép phun hoàn chỉng bằng Moldworks 56 3.3.1 Chọn loại khuôn 56 3.3.2 Phơng án I 56 3.3.2 Phơng án II 66 Chơng 4. Mô phỏng khảo sát dòng chảy nhựa và tối u kết cấu lòng khuôn bằng Moldflows 3.1 73 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip v 4.1 Mô phỏng thiết kế khuôn 73 4.1.1 Mục đích mô phỏng dòng chảy trong khuôn 73 4.1.2 So sánh thiết kế sử dụng phần mềm với thiết kế thông thờng 74 4.1.3 Lu đồ thuật toán thiết kế và mô phỏng bằng Moldflow 75 4.2 Mô phỏng dòng chảy nhựa bằng Moldflow 76 4.2.1 Điều kiện ban đầu 76 4.2.2 Phân tích kết quả mô phỏng 77 4.3 Khảo sát Phơng án II 82 4.3.1 Phơng án mô phỏng 82 4.3.2 Các kết quả phân tích trên Moldflow 82 Kết luận chung 91 Tài liệu tham khảo 92 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip vi Danh mục bảng STT Tên bảng Trang 2.1 Lực kẹp khuôntheo yêu cầu vật liệu 33 2.3 Nhiệt độ nung khi gia công của một số vật liệu 45 2.4 Nhiệt độ nóng chảy của polyme và nhiệt độ khuôn tơng ứng 46 2.5 Chế độ công nghệ ép phun chất dẻo nhiệt dẻo 47 3.1 Thông số máy R&B size 2 59 3.2 Vật liệu và đặc tính kỹ thuật các chi tiết khuôn phơng án 1 65 3.3 Vật liệu và đặc tính kỹ thuật các chi tiết khuôn phơng án II 70 4.1 Kết quả tính toán các thông số theo thời gian điền khuôn 77 4.2 Kết quả tính toán các thông số theo thời gian 83 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip vii Danh mục hình STT Tên hình Trang 1.1 Công thức viết cho Polyme (polyethylene PE ) 4 1.2 Polyme dạng đờng 5 1.3 Polyme dạng nhánh 5 1.4 Polyme mạng 3D 5 1.5 Cấu trúc rối 6 1.6 Cấu trúc định hớng 6 1.7 Các dạng giới hạn chảy của vật liệu dẻo 7 1.8 ảnh hởng của nhiệt độ đến tính chất của Polyme 7 1.9 ảnh hởng của độ kết tinh đến tính chất của Polyme 8 1.10 ảnh hởng của khối lợng phân tử đến độ bền 8 1.11 Quan hệ nhiệt độ và trạng thái của chất dẻo. 10 1.12 Cơ tính của PE phụ thuộc nhiệt độ (a) và khối lợng phân tử (b) 12 1.13 Biểu đồ kéo của PA 6.6 ở 23 0 C tại các độ ẩm khác nhau. 21 2.1 Hệ thống sản xuất sản phẩm bằng chất dẻo với công nghệ ép phun 28 2.2 Sơ đồ máy ép phun và cụm khuôn 28 2.3 Cơ cấu phun ép bằng đẩy trục vít 30 2.4 Cơ cấu phun pitton-xilanh đặt vuông góc 30 2.5 Trục vít xoắn 31 2.6 đầu béc 31 2.7 dạng kẹp khuôn cơ cấu khớp khuỷu 32 2.8 dạng kẹp khuôn pitton - xilanh thủy lực trực tiếp 32 2.9 Tấm cố định và tấm di động khuôn 2 tấm 33 2.10 Cấu tạo một bộ khuôn ép nhựa thông dụng 34 2.11 khuôn 2 tấm 35 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip viii 2.12 khuôn không rnh dẫn 35 2.13 Hệ thống cấp liệu 36 2.14 Kích thớc cuống phun trực tiếp 36 2.15 Kích thuớc kênh nhựa 37 2.16 Các loại miệng phun 37 2.17 Các chi tiết hệ thống đẩy 38 2.18 Vị trí kênh dẫn 41 2.19 Chốt dẫn hớng 42 2.20 Vòng định vị 43 2.21 Khí bị tắc trong lòng khuôn 43 2.22 Sơ đồ máy ép phun và cụm khuôn 44 2.23 Các dạng áp lực phun 45 2.24 Quan hệ nhiệt độ khuôn và số lần ép phun 47 3.1 Giao diện Solidworks 48 3.2 Mô hình 3D của chi tiết nhựa 53 3.3 Bản vẽ kích thớc chi tiết nhựa 53 3.4 Mặt phân khuôn 55 3.5 Kích thớc miếng ghép lòng khuôn (a) và lõi khuôn (b) 55 3.7 Bạc cuống phun 62 3.8 Bản vẽ lắp bộ khuôn phơng án I 64 3.9 Bạc cuống phun và hệ thống cấp liệu phơng án II 68 3.12 Bản vẽ lắp bộ khuôn phơng án II 69 4.1 Các khả năng phân tích mô phỏng của Moldflow 73 4.2 Quy trình thiết kế-chế tạo sản phẩm theo kiểu thông thờng 74 4.3 Lu đồ thiết kế theo phơng pháp mô phỏng 75 4.4 Lu đồ thiết kế mô phỏng mũ bảo hiểm 75 4.6 Mô phỏng tính thời gian điền đầy chất dẻo 2,44 s 78 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip ix 4.7 Thời gian đông đặc 27,9 s 78 4.8 Phân bố áp suất tại các vùng tại 2,40 s 78 4.9 Phân bố nhiệt độ đầu dòng chảy 78 4.10 Phân bố nhiệt độ sau 2,4 s 78 4.11 Phân bố áp suất phun theo thời gian 79 4.12 Quan hệ tỷ lệ điền đầy lòng khuôn theo thời gian 80 4.13 Vùng điền đầy cuối cùng 80 4.14 Biểu diễn phân bố nhiệt độ trên các vùng cuối điền đầy 81 4.15 Lực kẹp khuôn và thời gian 81 4.16 Mô 3D và chia lới 82 4.17 Hình xác định thời điểm điền đầy nhựa 83 4.18 Thời gian đông đặc nhựa và polyme hóa 84 4.19 Phân bố áp suất trên sản phẩm mũ 84 4.20 Phân bố nhiệt độ nhựa đầy dòng chảy trong khuôn 85 4.21 Phân bố nhiệt độ nhựa khi polyme hóa 85 4.22 Biểu đồ quan hệ áp suất theo thời gian 86 4.23 Biểu đồ quan hệ tỷ lệ thể tích điền đầy theo thời gian 86 4.24 Vị trí đặt túi khí 87 4.25 Phân bố nhiệt độ tại thời điểm điền đầy xong 87 4.26 Quan hệ lực khóa khuôn và thời gian 88 [...]... nụng nghi p 1 doanh nghiệp, cần thiết phải nắm đợc công nghệ thiết kế chế tạo khuôn ép phun nhựa, một công nghệ hiện đại v có nhiều bí quyết kỹ thuật Đề t i: Nghiên cứu thiết kế khuôn ép nhựa bằng phần mềm công nghiệp mong muốn l m rõ các vấn đề cơ sở khoa học về công nghệ ép phun, về sử dụng công nghệ mô hình hoá để thiết kế khuôn v công nghệ mô phỏng để kiểm tra chất lợng khuôn 1 Cơ sở khoa học... tạo lòng khuôn ép v công nghệ mô phỏng số phân tích dòng chảy v nhiệt từ đó phân tích các tham số Đây l một công nghệ thiết kế hiện đại, tiết kiệm giai đoạn chế thử v mang lại tính cạnh tranh cao cho sản phẩm 2 Mục tiêu của đề t i Mục tiêu đề t i nghiên cứu công nghệ thiết kế hiện đại sử dụng phần mềm công nghiệp để thiết kế khuôn v mô phỏng quá trình ép, tối u hoá thiết kế khuôn Các kết quả phải đạt... Nghiên cứu tổng quan t i liệu về ép phun v dòng chảy nhựa; - Về thực nghiệm: Thực hiện thiết kế mô hình khuôn 3D; mô phỏng dòng chảy nhựa, xác định b i toán nhiệt của nhựa v khuôn, tính toán thời gian điền đầy khuôn v khảo sát quá trình ép phun 4 Nội dung nghiên cứu Mở đầu: Tình hình ép nhựa tại Thái Bình Chơng 1: Tổng quan về vật liệu nhựa v ứng dụng Chơng 2: Thiết bị v công nghệ ép phun ép vật liệu nhựa. .. của nhựa sử dụng trong sản xuất h ng dân sinh b Nắm chắc kết cấu khuôn, máy ép phun v cách vận h nh máy c Sử dụng phần mềm công nghiệp Solidworks - Moldworks để mô hình hoá 3D v phần mềm Moldflows mô phỏng dòng chảy của nhựa d Nắm đợc công nghệ thiết kế khuôn v tối u hoá các thông số lòng khuôn; Tr ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s nụng nghi p 2 3 Phơng pháp nghiên cứu - Về lý thuyết: Nghiên. .. i nghiên cứu các thuộc tính của nhựa, các yêu cầu công nghệ khi ép phun các chủng loại nhựa, l m cơ sở định ra chế độ công nghệ ép phun Đồng thời cần khảo sát dòng chảy của nhựa trong khuôn qua các r nh dẫn, đậu đến điền đầy lòng khuôn, từ đó tìm cách điều chỉnh dòng chảy, để điền đầy lòng khuôn tốt nhất - Tính thực tiễn: Đề t i sử dụng công nghệ thiết kế khuôn 3D để dựng hình sản phẩm, tạo lòng khuôn. .. thnh m t v t li u quan tr ng trong cụng nghi p v dõn d ng Ng nh công nghiệp nhựa đ phát triển rất nhanh trong thời gian qua kéo theo đó l các lĩnh vực tạo hình sản xuất v chế tạo các sản phẩm từ nhựa bằng nhiều công nghệ khác nhau đặc biệt trong đó phải kể đến công nghệ ép phun v ng nh công nghiệp thiết kế, chế tạo khuôn ép phun sản phẩm nhựa ra đời v tạo ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng chủng... hình ép nhựa tại Thái Bình Chơng 1: Tổng quan về vật liệu nhựa v ứng dụng Chơng 2: Thiết bị v công nghệ ép phun ép vật liệu nhựa Chơng 3: Thiết kế khuôn ép phun bằng công nghệ 3D Chơng 4: Mô phỏng khảo sát dòng chảy nhựa v tối u kết cấu lòng khuôn bằng Moldflows Kết luận v kiến nghị Tr ng i h c Nụng nghi p H N i Lu n vn th c s nụng nghi p 3 Chơng 1 Tổng quan về chất dẻo nhiệt dẻo và ứng dụng 1.1... đến 3000dm3, công suất 200 tấn/ năm Hai dây chuyền công nghệ ép phun thiết bị Nhật Bản sản phẩm chủ yếu các chi tiết nhựa của xe máy, dụng cụ phòng hộ cá nhân, mũ bảo hiểm v các chi tiết ngh nh điện, công suất 200 tấn/năm Ngo i ra còn một số cơ sở vừa v nhỏ khác sản xuất ống nớc PVC v các phụ kiện v các sản phẩm nhựa khác Trình độ công nghệ chế tạo khuôn nhựa còn thấp chủ yếu sản xuất thủ công đối với... lợng v chủng loại rất lớn Thái Bình có thể gia công trên máy CNC với các mẫu có sẵn, nhng do cha nắm đợc công nghệ thiết kế Trong đó, vấn đề quan trọng nhất l cha nắm đợc tính chất dòng chảy của nhựa trong lòng khuôn, nên khi chế tạo xong phải ép thử rất nhiều lần, rất tốn kém về tiền khuôn chế thử Từ đó l m tăng giá th nh sản phẩm Trớc tình hình đó, để góp phần tăng trởng kinh tế của Thái Bình, giảm... ngời ở nớc ta việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa phục vụ đời sống cũng nh trong kỹ thuật đang đợc phát triển rất mạnh mẽ, số lợng các cơ sở sản xuất ứng dụng phơng pháp gia công mới ng y c ng nhiều, gia công đợc các chi tiết có biên dạng ng y c ng đa dạng Tại Thái Bình đ nhập về nhiều máy ép phun nhựa hiện đại, nhng các khuôn đều không thể thiết kế đợc Các doanh nghiệp đều phải đặt mua của Tp Hồ Chí Minh . nghiệp, cần thiết phải nắm đợc công nghệ thiết kế chế tạo khuôn ép phun nhựa, một công nghệ hiện đại và có nhiều bí quyết kỹ thuật. Đề tài: Nghiên cứu thiết kế khuôn ép nhựa bằng phần mềm công. dung nghiên cứu Mở đầu: Tình hình ép nhựa tại Thái Bình. Chơng 1: Tổng quan về vật liệu nhựa và ứng dụng. Chơng 2: Thiết bị và công nghệ ép phun ép vật liệu nhựa Chơng 3: Thiết kế khuôn ép. kế hiện đại sử dụng phần mềm công nghiệp để thiết kế khuôn và mô phỏng quá trình ép, tối u hoá thiết kế khuôn. Các kết quả phải đạt đợc: a. Nắm chắc các đặc tính của nhựa sử dụng trong sản