Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ cad

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN THÀNH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI CHO KHUÔN ÉP PHUN NHỰA THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Mà SỐ NGÀNH: 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH   ™™™   CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: GVC.TS PHẠM NGỌC TUẤN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: GVC.TS NGUYỄN HỮU LỘC Luận văn Thạc Só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, tháng năm 2005 Có thể tìm hiểu luận văn Thư Viện Cao Học - Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC TP.HCM, ngày tháng năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN VĂN THÀNH Phái: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 27 / / 1973 Nơi sinh: KIÊN GIANG Chuyên ngành : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY MSHV: 00403098 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI CHO KHUÔN ÉP PHUN NHỰA THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu sở lý thuyết truyền nhiệt khuôn ép phun nhằm xác định kích thước phân bố hệ thống làm nguội Xác lập qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/CAE Triển khai áp dụng cho khuôn ép phun cụ thể III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01 / 07 / 2004 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28 / 02 / 2005 V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương Luận văn Thạc Só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC tháng năm 2005 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn, nhận nhiều giúp đỡ động viên chân tình Quý Thầy, Cô bạn đồng nghiệp Hôm nay, luận văn hoàn thành, xin kính gửi lời biết ơn sâu sắc đến: Cán hướng dẫn: PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh tận tình giúp đỡ, dạy hướng dẫn cho suốt trình thực luận văn Cán chấm nhận xét 1: GVC TS Phạm Ngọc Tuấn Cán chấm nhận xét 2: GVC TS Nguyễn Hữu Lộc Đã dành thời quý báu để duyệt cho ý kiến đóng góp giúp luận văn hoàn thiện Quý Thầy, Cô giảng dạy môn học nhiệt tình truyền thụ kiến thức bổ ích cho luận văn mà cho công tác bước đường tương lai Xin thành thật biết ơn Th.S Cái Minh Giác, Giám đốc Kỹ thuật Công ty TNHH Cơ Khí Phú Vinh, giúp đỡ nhiều kinh nghiệm thực tế tạo điều kiện tốt để tiến hành phần thực nghiệm khuôn nắp vỏ máy nước nóng Công ty Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Khoa Cơ Khí, Bộ môn Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Phòng Thí Nghiệm CAD/CAM/CNC tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập nghiên cứu Đặc biệt, xin gửi lời tri ân chia sẻ niềm vui đến cha mẹ, gia đình người thân giúp đỡ, động viên, hỗ trợ khích lệ tinh thần cho suốt trình học tập thực luận văn Cuối cùng, xin kính chúc tất người nhiều sức khỏe, hạnh phúc thành đạt TP.Hồ Chí Minh, tháng năm 2005 Người thực luận văn Nguyễn Văn Thành LỜI NÓI ĐẦU Để thích ứng với thị trường, xu tự động hóa sản xuất ngày sử dụng kỹ thuật máy tính, công nghệ phần mềm để liên kết liệu tự động hóa chức kỹ thuật nhằm phát triển nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thời gian chi phí sản xuất Gia công nhựa phương pháp ép phun trình công nghệ phức tạp Chất lượng giá thành sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố khó dự đoán cách xác yếu tố Thông thường, để có loạt sản phẩm đạt chất lượng, cần thực giai đoạn ép thử sản phẩm để điều chỉnh thông số công nghệ gia công, chí điều chỉnh khuôn Chi phí cho giai đoạn ép thử nhỏ, cần có giải pháp hạn chế tối đa việc ép thử chỉnh sửa, để giảm chi phí sản xuất Ứng dụng công nghệ CAD/CAE cho phép dự đoán điều kiện kỹ thuật cần thiết trình sản xuất, để điều chỉnh hình học sản phẩm, thay đổi kết cấu khuôn trước chế tạo thực sự; lựa chọn chế độ gia công cách hợp lý nhất, tránh tối đa khuyết tật xảy Quá trình ép phun nhựa chịu ảnh hưởng yếu tố sau : - Vật liệu nhựa - Khuôn ép phun (hệ thống cấp nhựa, hệ thống làm nguội,…) - Chế độ gia công (áp suất ép phun, nhiệt độ nhựa, thời gian chu kỳ,…) Trong đó, hệ thống làm nguội với chức giải nhiệt khuôn rút ngắn thời gian làm nguội, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm (cụ thể biến dạng cong vênh biến dạng co rút tác nhân nhiệt) thời gian chu kỳ ép phun (vì thời gian làm nguội chiếm 70% thời gian chu kỳ) Do đó, hệ thống làm nguội cần bố trí hợp lý để giảm thiểu chênh lệch nhiệt độ sản phẩm, dẫn đến hạn chế biến dạng tác nhân nhiệt Với tầm quan trọng ảnh hưởng vậy, nên thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun cần đảm bảo tiêu sau: - Đảm bảo độ xác kích thước, hình học sản phẩm phạm vi yêu cầu - Giảm tối đa thời gian chu kỳ Hệ thống làm nguội hệ thống phức tạp, thông thường thiết kế theo hai phương pháp khác nhau, phương pháp thiết kế theo kinh nghiệm phương pháp thiết kế với trợ giúp công cụ CAE Việc thiết kế hệ thống làm nguội sở sản xuất chế tạo khuôn mẫu Việt Nam chủ yếu thực theo kinh nghiệm, mang tính thủ công, chưa ứng dụng công nghệ CAD/CAE để hỗ trợ trình thiết kế, đó, khó đánh giá cách xác ảnh hưởng hệ thống làm nguội đến trình ép phun trước sản xuất, chế tạo khuôn ép thử sản phẩm Do đó, hướng dẫn PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh, chọn hướng nghiên cứu với đề tài : “Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD/CAE” Đề tài luận văn thạc só thực tham gia giải phần nhỏ nhiệm vụ nghiên cứu thuộc đề tài KH-CN cấp Thành phố (*) PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh làm chủ nhiệm Với đề tài KH-CN tham gia với tư cách số cán phối hợp thực chuyên đề nghiên cứu “Xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội hợp lý cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD/CAE” So với kết đạt đề tài nghiên cứu nêu trên, kết luận văn thạc só nghiên cứu chi tiết sở lý thuyết truyền nhiệt khuôn ép phun, từ đề xuất qui trình cụ thể xác định đường kính tính toán mật độ bố trí kênh làm nguội cho khuôn ép phun (*) Đề tài KH-CN cấp Thành phố: “Ứng dụng công nghệ CAD/CAE/CAM, xác định thông số miệng phun, vùng dồn nén khí-kích thước kênh dẫn nhựa - hệ thống giải nhiệt hợp lý cho khuôn ép phun nhựa” (thuộc chương trình “Nghiên cứu tự động hóa” Thành phố), thực thời gian 9/20038/2004 Nghiệm thu ngày 30/8/2004 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu luận văn: Mục đích luận văn: Nghiên cứu xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun nhựa theo công nghệ CAD/CAE Để thực mục đích nêu trên, nhiệm vụ thực phạm vi luận văn bao gồm: Nghiên cứu sở lý thuyết truyền nhiệt khuôn ép phun nhằm xác định kích thước phân bố hệ thống làm nguội Xác lập qui trình tính toán kích thước phân bố hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/CAE Triển khai áp dụng cho khuôn ép phun cụ thể Nội dung nghiên cứu tóm tắt sau: Phần A: Tổng quan phương pháp thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun Nội dung phần nhằm giới thiệu cấu trúc chung hệ thống làm nguội, sở đưa đường lối chung thiết kế hệ thống làm nguội Đồng thời so sánh khác biệt phương pháp thiết kế hệ thống làm nguội theo kinh nghiệm phương pháp thiết kế với hỗ trợ công cụ CAE, từ đưa đề nghị xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAD/CAE Phần B: Nghiên cứu sở lý thuyết truyền nhiệt khuôn ép phun - xác lập qui trình xác định kích thước, bố trí kênh làm nguội Nội dung phần khảo sát chất trình trao đổi nhiệt khuôn ép phun, tìm hiểu sở khoa học để xác định thông số trình làm nguội Trên sở xác lập qui trình tính toán kích thước bố trí kênh làm nguội Phần C: Xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/CAE Nội dung phần xác lập qui trình tổng quát để thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/CAE Để minh họa, nội dung luận văn trình bày việc áp dụng toàn qui trình, bao gồm qui trình tính toán bố trí hệ thống làm nguội theo công nghệ CAD/CAE cho khuôn vỏ bình nước nóng SUMMARY “Study and establish the design process of cooling system for injection molding rely on CAD/CAE technology” The cooling system is very important in injection molding It is the only way for plastic parts to cool and to solidify so that deformation produced during mold ejection can be avoided Mold cooling process of an injection molding cycle is critical from the viewpoint of productivity and quality of molded part Because Cooling time occupies more than 70 percent of the entire molding cycle, so efficient cooling systems cut down cooling time required and improve molding productivity by shortening the cycle time On the other hand, undesired defects such as sink marks, differential shrinkage, thermal residual stress built-up, as well as part warpage are attributed to poor cooling system design These defects can be relieved or even be eliminated through a proper arrangement of cooling channels and the best combination of process conditions Plastic parts are cooled by cooling channel through the mold material The heat is transferred via heat conduction from the polymer inside the cavity to the cooling lines, and the heat is removed through the heat convection of coolants CAE (Computer-Aided Engineering) has been proved to be an efficient engineering tool for part designers and mold engineers to optimize molding cooling system design parameters and verify the design on the computer before mold is build In this thesis, the writer has studied of the cooling problem to get up the design process of cooling system in injection mold rely on CAD/CAE technology with the purpose is that: “Uniform distribution of heat on the parts” The thesis includes parts that presented following details: Part A: Overview of design method of cooling system in injection mold Part B: To study theory of thermal transfer in injection mold – To establish calculate process of size and place of cooling channel Part C: To establish design process of cooling system for injection mold rely on CAD/CAE technology 11 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU MỤC LỤC 11 Phần A: Tổng quan phương pháp thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun 13 Chương 1: Đường lối chung thiết kế hệ thống làm nguội 14 1.1 1.2 15 18 Cấu trúc chung hệ thống làm nguội Đường lối chung thiết kế hệ thống làm nguội Chương 2: Phương pháp thiết kế hệ thống làm nguội 29 2.1 2.2 2.3 30 31 32 Phương pháp thiết kế theo kinh nghiệm Phương pháp thiết kế với trợ giúp công nghệ CAD/CAE Đề xuất xây dựng qui trình thiết kế theo công nghệ CAD/CAE Phần B: Nghiên cứu sở lý thuyết truyền nhiệt khuôn ép phun -xác lập qui trình xác định kích thước, bố trí kênh làm nguội34 Chương 3: Nghiên cứu sở lý thuyết truyền nhiệt khuôn ép phun 35 3.1 3.2 36 38 Tổng quan trình truyền nhiệt khuôn ép phun Cơ sở xác định kích thước, bố trí kênh làm nguội Chương 4: Qui trình xác định kích thước bố trí kênh làm nguội 4.1 4.2 47 Qui trình xác định kích thước bố trí kênh làm nguội cho khuôn ép phun 48 Xác định kích thước bố trí kênh làm nguội cho khuôn vỏ bình nước nóng 49 12 Phần C : Xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/CAE 55 Chương 5: Xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/CAE 56 5.1 5.2 5.3 Xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAD/CAE 57 Chỉ tiêu phân tích hệ thống làm nguội 57 Hướng dẫn áp dụng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAD/CAE 58 Chương 6: Áp dụng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAD/CAE cho khuôn vỏ bình nước nóng 6.1 6.2 67 Yêu cầu thiết kế khuôn 68 Áp dụng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAD/CAE 69 Phần D: Kết Luận 79 Phần E: Phụ Lục 81 Phụ lục I: Bảng tra đường kính thủy lực dh hệ số hiệu chỉnh Kfg dạng kênh làm nguội 82 Phụ lục II: Phương trình xác định thời gian làm nguội số chi tiết điển hình 83 Phụ lục III: Thông số vật lý nước đường bảo hòa Phụ lục IV: Thủ tục phân tích trình làm nguội phần mềm Moldflow 84 85 Tài liệu tham khảo 91 78 Bước : Đánh giá hệ thống làm nguội Theo tiêu phân tích hệ thống làm nguội, kết phân tích đáp ứng yêu cầu thiết kế ban đầu: - Thời gian làm nguội (62,6s) - Phân bố nhiệt độ sản phẩm sau làm nguội (84,7oC) - Phân bố nhiệt độ kênh làm nguội (In / Out = 25oC / 27oC) - Phân bố chênh lệch nhiệt độ hai mặt sản phẩm ( Pick chọn vào đoạn thẳng hệ thống làm nguội (khi chọn phải giữ phím Ctrl) Sau chọn xong Pick nút phải chuột chọn Properties > Channel hộp thoại Assign Property Hình IV.1 Gán thông số kênh làm nguội - Nhập giá trị đường kính kênh làm nguội (hình IV.1) Sau nhập xong giá trị, chọn OK để chấp nhận giá trị vừa nhập Thực tương tự cho hệ thống làm nguội lõi bên trong, chọn thuộc tính Baffle Sau thiết kế xong hệ thống làm nguội, tiến hành chia lưới mô hình kênh làm nguội (hình IV.2) 86 Hình IV.2 Mô hình lưới hệ thống làm nguội - Chọn chức phân tích Fill + Cool + Flow + Warp : Pick vào chức Create cooling circuis > Set Coolant Inlets (hình IV.3) Hình IV.3 Chọn chức Set Coolant Inlets… 87 - Chọn chất làm nguội nước (hình IV.4) Hình IV.4 Chọn chất làm nguội nước - Chọn đầu vào kênh làm nguội: Pick vào đầu kênh làm nguội, kênh xuất biểu tượng mũi tên chữ C (hình IV.5) 88 Hình IV.5 Mô hình thiết kế hoàn chỉnh - Thay đổi nhiệt độ loại chất làm nguội thực sau: Pick vào chức Create cooling circuis > Set Coolant Inlets Lúc hình xuất cửa sổ Coolant inlet properties… Pick vào nút Edit… để hiệu chỉnh thông số chất làm nguội (hình IV.6) Hình IV.6 Thông số chất làm nguội - Để thay loại chất làm nguội chọn vào Select… sau chọn loại chất làm nguội cần thiết danh sách chọn OK 89 - - Ta thay đổi tốc độ chất làm nguội cách thay đổi hệ số Reynolds thay đổi lưu lượng áp suất cách chọn vào chức điều khiển lưu lượng (Coolant Control) Để thay đổi nhiệt độ chất làm nguội ta nhập giá trị vào ô Coolant Inlet Teperature Sau chọn xong ta chọn OK đóng sổ Coolant inlet properties… IV.2 Thiết lập chế độ làm nguội Trước chạy phân tích ta phải thiết lập thời gian làm nguội làm nguội tự động cách Pick vào chức Process settings (hình IV.7) Hình IV.7 Hộp thoại Process Settings Wizard trang Muốn nhập thời gian làm nguội ta chọn chế độ Specified pick vào nút Set để nhập giá trị vào sau chọn Next hiệu chỉnh nhiệt độ khuôn nhiệt độ nhựa dẻo, thời gian mở khuôn cửa sổ hình IV.8 Hình IV.8 Hộp thoại Process Settings Wizard trang Sau nhập xong chọn Next chọn Yes cho tất chức cửa sổ chọn Finish để kết thúc 90 Hình IV.9 Hộp thoại Process Settings Wizard trang Sau nhập xong, chọn Next chọn Yes cho tất chức cửa sổ Process Settings Wizard chọn Finish để kết thúc (hình IV.9) IV.3 Phân tích làm nguội Pick vào chức Analysis – Analyze Now để thực phân tích 92 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : Nguyễn Văn Thành Năm sinh : 27-02-1973 Nơi sinh : Kiên Giang Địa liên lạc: - Số 259 Trần Bình Trọng, Phường 4, Quận 5, TP.HCM - Email: nvthanh@dme.hcmut.edu.vn - Điện thoại : 0913 89 57 98 Quá trình đào tạo: 1991-1996: 1996-1999: 2003-2005: Học đại học ngành Chế Tạo Máy trường Đại học Bách Khoa TP HCM Học đại học ngành Công Nghệ Thông Tin trường Đại học Bách Khoa TP HCM Học cao học ngành Chế Tạo Máy trường Đại học Bách Khoa TP HCM Quá trình công tác: Từ tháng 11 năm 1996 đến nay, công tác Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM - Số 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, TP HCM - ... trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/ CAE Nội dung phần xác lập qui trình tổng quát để thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/ CAE Để... làm nguội cho khuôn vỏ bình nước nóng 49 12 Phần C : Xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/ CAE 55 Chương 5: Xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm. .. hệ thống làm nguội cho khuôn ép phun theo công nghệ CAD/ CAE 56 5.1 5.2 5.3 Xây dựng qui trình thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAD/ CAE 57 Chỉ tiêu phân tích hệ thống làm nguội 57 Hướng