công nghệ Computer Aided Engineering (CAE)

- Phân tích CAE dựa vào đặc tính trình tự của hệ thống, kết hợp lý luận mô hình để tiến hành phân tích, kết quả có ý nghĩa vật lý, là Know-Why mà không phải là Know-How của kinh nghiệm truyền thống, do đó có thể hệ thống hóa và khoa học hóa tham số ép phun và các lọai thiết kế đối với trình tự trạng thái và chất lượng sản phẩm, đạt đến mục tiêu ép phun một cách khoa học (Scientific Molding).

PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE PHẦN 2: CƠNG NGHỆ CAE SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 1 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE 1. Tổng quan 1.1. Khái qt về thuật ngữ CAE - Abbreviation of computer-aided engineering, computer systems that analyze engineering designs. Most CAD systems have a CAE component, but there are also independent CAE systems that can analyze designs produced by various CAD systems. CAE systems are able to simulate a design under a variety of conditions to see if it actually works. - CAE là thuật ngữ viết tắt của cụm từ "Computer Aided Engineering" dịch ra tiếng Việt là "Mơn cơng nghệ với sự hỗ trợ của máy tính", hệ thống máy tính dùng để phân tích thiết kế kỹ thuật. - CAE là phương pháp thực nghiệm, tính tốn, mơ phỏng để tìm giải pháp thiết kế tối ưu nhất, giá rẻ nhất, thời gian nhanh nhất trên máy tính dựa trên các thuật tốn FEM v.v . 1.2. Sự khác nhau giữa CAD và CAE Một ví dụ minh họa cho sự khác nhau giữa CAD và CAE : - Những năm trước đây khi CAE chưa được ứng dụng, các bộ phận “nhạy cảm” như tấm cản của xe hơi được sản xuất theo mẫu vẽ sẵn . Khơng có điều kiện thử nghiệm thực tế. Sự trợ giúp của computer chỉ dừng lại ở lĩnh vực của CAD. Muốn sản phẩm đạt tiêu chuẩn an tồn thì cần phải thực nghiệm, tính tốn ứng lực, độ xung kích, hệ số an tồn v.v… Những ngày đầu người ta làm ra hàng loạt mẫu thiết kế rồi cho nó va đập, xung kích sau đó lựa chọn những mẫu an tồn nhất để sản xuất. - Khi khái niệm FEM(Finite element method: phương pháp phần tử hữu hạn) ra đời, các kĩ sư đã có thêm cơng cụ tính bằng tay những vẫn phải lựa chọn bằng phương pháp “thực tế” để tìm ra mẫu lí tưởng nhất, vì thời gian tính tốn 1 tấm cản để tìm ra thơng số tối ưu cũng phải mất vài năm. Khoảng 15 năm trước chi phí cho việc nghiên cứu thành cơng 1 tấm cản xe hơi cũng mất khoảng 10 đến 30 triệu USD, 1 bộ khn chế cản thực nghiệm loại rẻ nhất là 400.000 USD. Trong khi đó mỗi lần chọn lựa người ta phải dùng đến hàng chục bộ khn. - CAE ra đời giúp người ta tiết kiệm được chi phí cho thực nghiệm 1 cách tối ưu và gần thực tế nhất. - Khoảng 25 năm trước khi mà kỹ thuật hardware còn yếu và kỹ thuật CAD 3 chiều chưa mạnh như bây giờ thì người dùng ngơn ngữ C hay Fortran để giải các bài tốn FEM thì cần thiết phải có những kỹ sư chun mơn về CAE để đọc các trị số trong kết quả mà máy tính đưa ra để phân tích. Gần đây với sự tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật CAD 3D, nhất là ứng dụng của kỹ thuật Solid Modelling thì khơng cần đến các kỹ sư CAE chun mơn, các kỹ sư bình thường cũng có thể nhìn, xem kết quả dự đốn các mơ phỏng tính tốn bằng mắt trên màn hình máy tính. SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 2 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE - Hầu hế các hệ thống CAD điều có tích hợp CAE( nhưng phần lớn các CAE tích hợp này có chức năng hạn chế trong việc phân tích đánh giá), đồng thời có những hệ thống CAE độc lập: Moldflow, Moldex 3D ., những hệ thống này có chức năng phân tích đánh giá tốt hơn, có thể phân tích thiết kế sản xuất bởi nhiều hệ thống CAD. Những hệ thống CAE với chức năng dùng để mơ phỏng một thiết kế dưới nhiều điều kiện. Từ đó tối ưu hóa sản phẩm thật trước khi đưa ra làm việc trong mơi trường thực tế. 1.3. Những ưu điểm và ứng dụng của CAE - Phân tích CAE dựa vào đặc tính trình tự của hệ thớng, kết hợp lý ḷn mơ hình để tiến hành phân tích, kết quả có ý nghĩa vật lý, là Know-Why mà khơng phải là Know-How của kinh nghiệm trùn thớng, do đó có thể hệ thớng hóa và khoa học hóa tham sớ ép phun và các lọai thiết kế đới với trình tự trạng thái và chất lượng sản phẩm, đạt đến mục tiêu ép phun mợt cách khoa học (Scientific Molding). - Do tính tin cậy của kết quả CAE, có thể chỉ ra vấn đề có thể tìm ẩn trong ép phun và thiết kế, đề ra sửa đởi thiết kế và hướng giải qút trở ngại và phương án khả thi, có thể tránh điểm mù kinh nghiệm. - CAE ở giai đọan thiết kế (trên) có thể thực hiện trên máy vi tính đới với các phương án sửa đởi thiết kế tiến hành đánh giá (Evaluate), nhận định (Verify) và tới ưu hóa (Optimize), giảm thời gian-giá thành thử khn-sửa khn thực tế, rút ngắn chu trình thử sai thực tế, rút ngắn thời gian khai phát sản phẩm (Product Development Time) và thời gian đưa ra thị trường (Time-to-Market), hao phí tiền bạc trong các cơng đọan.CAE có thể trợ giúp người ép phun dự đốn và nắm bắt thơng sớ ép phun đới với ảnh hưởng chất lượng sản phẩm, tìm ra cửa sở gia cơng (Processing Window) và tới ưu hóa điều kiện gia cơng. - CAE có thể chỉ ra các nhân tớ chủ ́u ảnh hưởng chất lượng ép phun, từ đó cung cấp tham sớ sửa đởi thiết kế và tham sớ ép phun và chỉ tiêu định lượng - CAE có thể giúp người sử dụng nhanh chóng nắm bắt vật liệu mới, quy trình mới, thiết kế mới và phương pháp ép phun, có hiệu quả và nhanh chóng tích lũy kinh nghiệm thiết kế ch̉n và hiểu biết về ép phun. - Trong lĩnh vực khn mẫu, hầu hết các phần mềm CAE được ứng dụng để: - Mơ phỏng, phân tích khả năng điền đầy từ đó tối ưu hóa hệ thống kênh dẫn nhựa, lựa chọn máy ép phù hợp, chọn thời gian packing hợp lý . - Mơ phỏng sự phân bố nhiệt độ trên khn và sản phẩm giúp người thiết kế biết hướng lựa chọn hệ thống làm nguội cho hợp lý nhằm đạt hiệu suất cao SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 3 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE - Mơ phỏng các lỗi, khuyết tật trên sản phẩm do khn, do máy, hệ thống làm nguội .gây ra, từ đó giúp người thiết kế hiệu chỉnh kịp thời. 2. Ứng dụng phần mềm Modex 3D trong phân tích thiết kế khn ép nhựa 2.1. Thơng số máy ép phun - Tên máy: NESSEI-FN400-36A - Các thơng số quan trọng:  Áp suất điền đầy max( Pressure Max): 210Mpa  Đường kính trục vít( screw diameter): 50mm  Hành trình trục vít(screw stroke): 700mm  Shot Weight: 325g  Tốc độ phun ( Inject rate): 100 cm 3 /s  Lực kẹp chặt (claming force): 80 tấn  Kiểu máy: nằm ngang.  Lực kẹp giữ khn ( Clamp force): 110 tấn.  Lực ép phun: 60 tấn.  Áp suất phun ( Inject pressure): 105Kg/cm ~ 1510 psi.  Trọng lượng nhựa một lần phun: 200g.  Khoảng mở cố định lớn nhất: 400 mm.  Khoảng đóng mở khn lớn nhất: 350 mm  Kích thước bàn kẹp khn: 45mm x 500mm.  Đường kính trục dẫn hướng: Þ120mm.  Đường kính lỗ định vị tâm: 100mm.  Cơng suất mơtơ bơm: 18,5 KW.  Trọng lượng máy: 4,5 tấn.  Áp suất dầu cấp cho xilanh 6Bar = 61.83 kgf/cm 2 SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 4 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Máy ép phun NISSEI FN4000 2.2. Đặc tính nhựa ép phun Polypropylene (PP) PP dùng cho ép phun thơng thường ở dạng hạt, có một số loại dạng bột. Với PP sử dụng ở nhiệt độ cao, hỗn hợp PP được ổn định chống oxy hố và các tác động có hại • Kháng lão hố nhiệt thơng thường, có phụ gia bơi trơn khơng hại về sinh học • Kháng lão hố nhiệt cao, có ổn định quang, khơng ảnh hưởng về mặt sinh học • Kháng thời tiết- ổn định bằng than đen, dùng amine có cấu trúc khơng gian cồng kềnh cho các áp dụng ngồi trời. • Kháng lão hố nhiệt cao với dung dịch tẩy rửa nóng, nước nóng, khơng độc. • Kháng lão hố nhiệt cao khi tiếp xúc với đồng và các kim loại khác. Với cơng nghệ ép phun, thơng thường compoud PP có ổn định được dùng sản xuất các trang thiết bị nhà bếp và nội thất, thiết bị vệ sinh, gót giày, đồ dùng gia đình( chén đĩa…) ,đồ chơi…PP kháng nhiệt có ổn định chịu đựơc dung dịch tẩy rửa dùng sản xuất các bộ phận máy giặt gia đình và trong cơng nghiệp dệt, ví dụ lõi quấn chỉ bộ phận nhuộm, các phần của máy móc điện tiếp xúc dây đồng. Trong lĩnh vực phương tiện vận chuyển, nhiều loại PP khơng hoặc có gia cường được dùng: vỏ acquy, cửa thơng gió xe hơi, vơlăng xe hơi , bộ lọc khí, thanh chắn bùn. Cái hãm phanh. SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 5 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Các thơng số kỹ thuật nhựa PP: Density (g/cm³): khối lượng riêng. 0.899 to 0.948 Mold Shrinkage, Flow (cm/cm): Độ co khi đúc 0.012 to 0.018 Melt Mass Flow Rate (g/10 min): Tốc độ chảy của khối nhựa chảy 0.27 to 49 Drying Temperature (°C): Nhiệt độ sấy khơ 75.0 to 85.0 Max Moisture (%): Độ ẩm cao nhất 0.050 to 0.20 Injection Pressure (Mpa: Áp suất phun 6.21 to 103 Nozzle Temperature (°C): Nhiệt độ tại miệng phun 188 to 246 Melt Temperature (°C): T M Nhiệt độ chảy 210to 250(230) Ejector Temperature (°C): T E Nhiệt độ mở khn 145 Freeze Temperature (°C): T F Nhiệt độ đơng đặc 165 Mold Temperature (°C): T W Nhiệt độ khn 20 to 60( 50) Linear shrinkage: Độ co theo đường 2,17% Thơng số kỹ thuật nhựa PP trong ép phun Giản đồ quan hệ giữa áp suất-khối lượng-nhệt độ(PVT) của nhựa PP 3. Các q trình phân tích CAE khn ép sản phẩm giá đỡ vali 3.1. Q trình điền đầy( filling) SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 6 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Trong phần này chúng ta sẽ phân tích, đánh giá kết quả phân tích của phần mềm, kiểm tra xem hệ thống dẫn nhựa, thơng số máy ép cho vần đề đảm bảo q trình điền đầy sản phẩm trong lòng khn. Mục đích nhằm phát hiện những lỗi xảy ra cho hệ thống kênh dẫn, từ đó khắc phục kịp thời. Với ý nghĩa trên, trong phần này chúng ta cần làm rõ các vấn đề: Áp suất phun, nhiệt độ, tốc độ trượt, ứng suất trượt, thời gian điền đầy. Trước khi đi vào phân tích, đánh giá kết quả của phần mềm, chúng ta xem kết quả dữ liệu Filling mà phần mềm đã tính tốn phân tích. SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 7 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 8 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 9 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 10 [...]...PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 11 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Bảng thơng số kết quả dữ liệu phân tích q trình Filling 3.1.1 Áp suất phun Theo thơng số kỹ thuật của nhựa PP cần áp suất tối đa là 103 Mpa Vì sản phẩm gối đỡ của vali khơng lớn lắm, tuy hiên là 2 sản phẩm trong 1 lần ép nên ta cài đặt thơng số máy ép là 100 Mpa SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 12 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE... tiên chúng ta hãy xem qua kết quả mà phần mềm mang lại sau khi đã tính tốn SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 20 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 21 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Kết quả phân tích q trình packing SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 22 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE 3.2.1 Áp suất bão áp Trong q trình bảo áp áp suất máy được tăng lên ở mức cao, cao hơn nhiều so vời áp suất điền... khơng tốt Biểu đồ quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ trượt SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 16 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Độ nhớt cả nhựa PP Với những thơng số trên cho thấy nhựa PP cần một tốc độ trượt nhỏ trong khoảng (0÷5) g/cm.s Kết quả phân tích tốc độ trượt SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 17 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Ta thấy kết quả mà phần mềm đưa ra là hồn tồn phù hợp với u cầu kỹ thuật đã đặt ra Như vậy... PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Ứng suất trượt của q trình packing 3.3 Q trình làm nguội (cooling) Biểu đồ biểu diễn các q trình ép phun Sau hai q trình Filling và Packing chúng ta thấy q trình ép phun đến giai đoạn này được đảm bảo Tuy nhiên để lấy được sản phẩm ra ta phải hạ nhiệt độ sản phẩm xuống đến nhiệt độ đơng đặc( Freeze temperatue = 165oc) SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 27 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE... Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 28 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Nhiệt độ sau khi làm mát 3.3.2 Thời gian làm nguội (cooling time) Thời gian làm nguội như biểu diễn trên biểu đồ, chiếm phần lớn thời gian của chu kỳ ép phun Bắt đầu từ sau khi kết thúc q trình điền đầy filling cho đến lúc kết thúc q trình packing Thời gian làm nguội SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 29 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Kết quả tính tốn phân tích... 0.3 Mpa Chúng ta thấy (0.3 Mpa/60 Mpa) = 0.5% Với ứng suất này là khá nhỏ, kết quả này hồn tồn đảm bảo cho độ bền của sản phẩm 3.1.5 Thời gian điền đầy SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 18 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Có thể nói đây là kết quả của các vấn đề trên Thời gian điền đầy quyết định đến hiệu suất q trình ép phun, phản ảnh chất lượng của khn ép, hệ thống ép Quyết định đến chất lượng và giá thành... áp suất 100Mpa nhựa được điền đầy vào lòng khn là hợp lý Nhưng đây chưa phải là thời gian kết thúc việc điền đầy mà chỉ là thời gian của q trình điền đầy SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 19 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Như vậy với kết quả về thời gian của q trình điền đầy như trên là hợp lý Tuy nhiên như đã đề cập ở trên, đây chưa phải là thời gian kết thúc việc điền đầy Còn có một khoảng thời gian lớn hơn... trình bảo áp( packing pressure) diễn ra tiếp theo sau q trình này Như vậy là vấn đề áp suất đã đảm bảo, chúng ta xét đến vấn đề tiếp theo là nhiệt độ khn SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 14 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE 3.1.2 Nhiệt độ khn Nhiệt độ khn là vấn đề khá quan trọng, nếu nhiệt độ khn q cao nó sẽ ảnh hưởng đến vấn đề đơng đặc của nhựa, nhựa rất khó đơng dẫn đến gây ra nhiều vấn đề như: phải kéo dài... packing 3.2.2 Nhiệt độ bão áp Trong giai đoạn này khn vẫn trong q trình điền đầy, nên nhiệt độ khn vẫn khơng thay đổi vẫn duy trì trong mức từ 50oc đến 60oc SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 23 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Nhiệt độ khn q trình packing 3.2.3 Thể tích điền đầy Với áp suất và nhiệt độ của q trình packing như trên, chúng ta cần kiểm tra xem nhựa điền đầy vào khn là bao nhiêu, với thể tích ấy có đảm... khn và hệ thống dẫn trước khi điền đầy Trước khi điền đầy : Thể tích 2 lòng khn + thể tích hệ thống kênh dẫn nhựa = 58.1624 cm3 +5.9964 cm3 = 64.1588 cm3 SVTH: Ngô Tấn Phú- Nguyễn Xuân Tây 24 PHẦN 2: CÔNG NGHỆ CAE Thể tích điền đầy sau khi packing Kết quả phân tích của phần mềm cho thấy tổng thể tích nhựa sau khi điền đầy là 70.57 cm3 Từ kết quả trên ta thấy thể tích sau khi điền đầy lớn hơn thể tích