Ứng dụng các phần mềm CAD CAM CAE để thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa và phương pháp taguchi để xác định chế độ công nghệ tối ưu

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tác giả Nguyễn Văn Tình -1 - MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM CAD/CAM/CAE 11 1.1 Lịch sử phát triển 11 1.2 Công nghệ CAD 12 1.3 Công nghệ CAM 13 1.4 Công nghệ CAE 14 1.5 Mối liên hệ CAD/CAM/CAE 15 1.6 Vai trò CAD/CAM/CAE 17 1.7 Kết luận 18 Chƣơng THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM NHỰA 19 2.1 Giới thiệu phân tích sản phẩm 19 2.1.1 Giới thiệu sản phẩm 19 2.1.2 Phân tích sản phẩm 19 2.1.3 Bản vẽ sản phẩm 19 2.2 Ứng dụng phần mềm Moldflow đánh giá chất lƣợng sản phẩm 21 2.2.1 Giới thiệu phần mềm Moldflow 21 2.2.2 Q trình phân tích phần mềm Moldflow 21 2.3 Thiết kế khuôn phần mềm Cimatron E10 28 2.4 Kết luận 33 Chƣơng THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÕI KHUÔN 34 3.1 Chọn máy ép phun 34 3.2 Xác định dạng sản xuất 34 -2 - 3.3 Xác định phƣơng pháp chế tạo phôi 35 3.4 Tiến trình cơng nghệ gia cơng lõi khn 35 3.4.1 Tiến trình cơng nghệ gia cơng lõi khn động 35 3.4.2 Tiến trình cơng nghệ gia công lõi khuôn tĩnh 35 3.5 Mơ gia cơng lịng khn phần mềm Cimatron E10 36 3.6 Kết luận 42 Chƣơng GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP TAGUCHI 43 4.1 Thiế t kế thí nghiê ̣m – Cách tiếp cận theo phƣơng pháp truyền thống phƣơng pháp Taguchi 43 4.1.1 Phương pháp truyề n thố ng 43 4.1.2 Phương pháp Taguchi 44 4.2 Đặc điểm phƣơng pháp Taguchi 45 4.2.1 Thiế t kế thí nghiê ̣m 45 4.2.2 Phân tích kế t quả 45 4.2.3 Phạm vi ứng dụng 46 4.2.4 Các ưu, nhược điểm phương pháp Taguchi 46 4.3 Các khái niệm 47 4.3.1 Bảng trực giao 47 4.3.2 Tỷ số S/N 50 4.3.3 Phân tích phương sai ANOVA 53 4.4 Các bƣớc áp dụng phƣơng pháp Taguchi 58 4.5 Kết luận 59 Chƣơng XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ TỐI ƢU BẰNG PHƢƠNG PHÁP TAGUCHI ………………………………………………………………………….60 5.1 Xác định yếu tố tác động, tiêu chí đánh giá chất lƣợng 60 5.2 Xác định yếu tố nhiễu 60 5.3 Yếu tố cẩn tối ƣu hóa yếu tố điều khiển 60 5.4 Lựa chọn bảng trực giao, thiết kế ma trận thí nghiệm 61 5.5 Phân tích liệu: Xác định chế độ công nghệ tối ƣu 62 5.6 Kết luận 67 -3 - KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 -4 - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT APT CAD CAM CAE NC CNC CAPP CG FEM CSDL OA S/N MSD DOF ANOVA Automatically Progammed Tools Computer Aided Design Computer Aided Manufacturing Computer Aided Engineering Numerical Control Computer Numerical Control Computer Aided Process Planning Computer Graphic Finite Element Method Cơ Sở Dữ Liệu Orthogonal Array Signal to Noise Mean Square deviation Degree of Freedom Analysis of Variance -5 - DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1 Bảng trực giao OA4 (23 ) 48 Bảng 4.2 Bảng trực giao OA8 (27 ) 48 Bảng 5.1 Yếu tố điều khiển 60 Bảng 5.2 Bảng trực giao 61 Bảng 5.3.Tính tốn liệu 62 Bảng 5.4 Kết S/N 63 Bảng 5.5 Kết độ ngót lớn 64 Bảng 5.6 Bảng phân tích ANOVA với S/N 65 -6 - DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ quan hệ khối chức hệ thống CAD/CAM/CAE/CNC 15 Hình 2.1 Mơ hình chi tiết 20 Hình 2.2 Bản vẽ chi tiết 20 Hình 2.3 Biểu đồ chia lƣới 22 Hình 2.4 Biểu đồ phân tích vị trí đặt cuống phun 22 Hình 2.5 Xác định vị trí cuống phun 23 Hình 2.6 Chế độ ép phun 23 Hình 2.7 Biểu đồ phân tích hƣớng dịng chảy 24 Hình 2.8 Biểu đồ thời gian điền đầy lịng khn 24 Hình 2.9 Biểu đồ phân bố nhiệt độ ép phun 25 Hình 2.10 Biểu đồ biến đổi lực giữ khuôn 25 Hình 2.11 Biểu đồ phân tích độ co ngót sản phẩm 26 Hình 2.12 Biểu đồ rỗ khí sản phẩm 27 Hình 2.13 Biểu đồ phân tích đƣờng hàn 27 Hình 2.14 Mặt phân khuôn 28 Hình 2.15 Lõi khn tĩnh 29 Hình 2.16 Lõi khn động 29 Hình 2.17 Hệ thống định vị dẫn hƣớng 30 Hình 2.18 Hệ thống làm mát 31 Hình 2.19 Hệ thống đẩy sản phẩm 31 Hình 2.20 Chốt hồi 32 Hình 2.21 Hệ thống cấp nhựa 32 Hình 2.22 Bộ khn hồn chỉnh 33 Hình 3.1 Máy ép phun nhựa 34 Hình 3.2 Đƣờng chạy dao gia cơng lịng khn động 36 Hình 3.3 Mơ gia cơng lịng khn động 38 Hình 3.4 Đƣờng chạy dao gia cơng lịng khn tĩnh 39 -7 - Hình 3.5 Mơ gia cơng lịng khn tĩnh 41 Hình 5.1 Đồ thị tác động Áp suất 65 Hình 5.2 Đồ thị tác động Nhiệt độ 66 Hình 5.3 Đồ thị tác động Thời gian làm mát 66 -8 - PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày sản phẩm nhựa chiếm vị trí quan trọng kinh tế quốc dân, vật liệu nhựa ngày có tính chất ƣu việt chất lƣợng nhƣ độ bền … Trong vật liệu kim loại ngày không đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng cao ngƣời, mà ngành công nghiệp nhựa phát triển nhanh thời gian qua kéo theo lĩnh vực tạo hình sản xuất chế tạo sản phẩm từ nhựa phát triển theo, đặc biệt phải kể đến ngành công nghiệp ép phun đời cho vô số sản phẩm với đủ kiểu dáng, chủng loại phục vụ cho đời sống ngƣời Trong trình ép phun sản phẩm nhựa, tối ƣu hóa thơng số cơng nghệ giúp tăng hiệu suất sử dụng thiết bị sở sản xuất Các phƣơng pháp truyền thống cần đặt chế độ công nghệ trƣớc ép phun nhƣng không xét đến ảnh hƣởng yếu tố không điều khiển đƣợc (nhiễu), làm giảm chất lƣợng sản phẩm hiệu suất sử dụng thiết bị Để tăng chất lƣợng sản phẩm, cần đặt chế độ cơng nghệ ép phun có xét đến ảnh hƣởng yếu tố nhiễu, phƣơng pháp Taguchi phƣơng pháp hiệu để giải vấn đề Phƣơng pháp Taguchi phƣơng pháp tối ƣu hóa trình gián đoạn, đƣợc đƣa giáo sƣ Genichi Taguchi Phƣơng pháp đƣợc ứng dụng rộng rãi thành công Nhật Bản, nhiên Việt Nam chƣa ứng dụng nhiều Nắm bắt đƣợc tình hình thầy hƣớng dẫn định hƣớng giao nhiệm vụ cho nghiên cứu đề tài:“Ứng dụng phần mềm CAD/CAM/CAE để thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa phương pháp Taguchi để xác định chế độ cơng nghệ tối ưu” Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE để thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa hồn chỉnh Sau sử dụng phƣơng pháp Taguchi để đánh giá phần trăm ảnh hƣởng thông số đầu vào: Áp suất, nhiệt độ, thời gian làm mát tới độ co ngót sản phẩm tối ƣu hóa thơng số -9 - Nội dung nghiên cứu đề tài - Tổng quan phần mềm CAD/CAM/CAE: Giới thiệu lịch sử hình thành, trình phát triển phần mềm CAD/CAM/CAE giới mối liên hệ chúng - Thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa: Thiết kế mơ hình 3D chi tiết, mơ q trình ép phun phần mềm Moldflow 2012, thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa phần mềm Cimatron E10, từ đƣa vẽ CAD 2D để chế tạo - Thiết kế công nghệ gia cơng hai lõi khn: Lập tiến trình gia cơng hai lõi khn, mơ q trình gia cơng phần mềm Cimatron E10, xuất file liệu cho máy CNC - Giới thiệu phƣơng pháp Taguchi: Giới thiệu lịch sử phƣơng pháp, khả áp dụng, khái niệm bản, bƣớc áp dụng phƣơng pháp Taguchi - Xác định chế độ công nghệ tối ƣu phƣơng pháp Taguchi: Ứng dụng phƣơng pháp Taguchi để đánh giá phần trăm ảnh hƣởng áp suất, nhiệt độ, thời gian làm mát để độ co ngót sản phẩm, xác định chế độ công nghệ tối ƣu trình ép phun mặt trƣớc xe máy Phƣơng pháp nghiên cứu Thơng qua q trình mơ hình hóa, mơ máy tính, tác giả đƣa vẽ thiết kế, quy trình cơng nghệ gia công hai lõi khuôn, kết xuất file liệu mã G-code cho máy công cụ điều khiển số (CNC) Tác giả kết hợp lý thuyết thực nghiệm Thông qua nghiên cứu tài liệu liên quan nhằm hiểu rõ phƣơng pháp cách vận dụng để đƣa bƣớc áp dụng phƣơng pháp Taguchi Xin chân thành cảm ơn GS.TS Trần Văn Địch ngƣời tận tình hƣớng dẫn em hồn thành luận văn Xin cảm ơn Viện đào tào Sau đại học, thầy cô Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy – Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành đề tài Tác giả mong nhận đƣợc góp ý thầy bạn đồng nghiệp để hoàn thiện cho cơng trình nghiên cứu sau - 10 - Thí dụ: Tổng bình phƣơng yếu tố A,B,C đƣợc tính cơng thức sau:`  n  T2 SA   ( Y  Y ) ;  iAk o    n k 1 nAk  i  L Trong đó: L : Số mức ; YiAk : Kết thứ i chứa yếu tố A mức thứ k ; nAk : Số lần lặp lại chứa yếu tố A mức thứ k ; n T   (Yi  Yo ); i 1 Trong đó: T : Là tổng tất kết đầu (khi khơng có Yo); Yi : Kết đầu ; Yo : Yêu cầu cần đạt đƣợc (giá trị đích) n : Tổng số lần thử ; Se đƣợc xác định theo công thức: Se  ST  S A  SB  SC  S AB  S AC  SBC ; Trong đó: L S AB   ( A B ) J rij  T2  S AB  S AB  S A  S B ; n  T2  S AC  S AC  S A  SC ; n  T2  S BC  S BC  S B  SC ; n L  ( AC i 1 m 1 i m )2 rim L S BC  i i 1 j 1 L S AC  L L  ( B C J 1 m 1 rJm i m )2 ( Ai B j ) Là tổng số kết thí nghiệm, kết hợp yếu tố A mức i yếu tố B mức j rij số lần nhắc lại cặp ij - 55 - Cụ thể: phần thứ công thức S AB tổng kết đầu chứa cặp ( Ai B j ) tất bình phƣơng chia cho số lần nhắc lại cặp ( Ai B j ) (ví dụ : ( Ai B j ) nhắc lại đầu vào n lần nhắc lại kết đầu m lần lúc đó: ri= nxm ) Tƣơng tự với ( AC i m ) ; ( B j Cm ) d Phương sai (V): Đƣợc xác định tổng bình phƣơng tổng kết thí nghiệm liên quan tới yếu tố mức chia cho bậc tự yếu tố Do : V= 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑏ì𝑛ℎ 𝑝ℎươ𝑛𝑔 𝐵ậ𝑐 𝑡ự 𝑑𝑜 ; Thí dụ : VA  VC  SA S ( Cho yếu tố A ); VB  B ( Cho yếu tố B ); fA fB SC S ( Cho yếu tố C ); Ve  e ( cho yếu tố khác); fC fe Nếu Se , f e = 0⇒ Khơng xác định (khơng thể tính đƣợc phần trăm ảnh hƣởng yếu tố khác ngồi yếu tố tiến hành thí nghiệm) ⇒Sử dụng S A , SB , SC , S AB , S AC , SBC , Se để tính phần trăm ảnh hƣởng: PA  S A  100 100 ; PB  S B  ; ST ST PC  SC  100 100 ; Pe  Se  ; ST ST PA B  S AB  100 100 ; PAC  S AC  ; ST ST PBC  S BC  100 ; ST ⇒ Nếu tồn yếu tố ảnh hƣởng có P < 1% (1,2%) Những yếu tố đƣợc kết hợp để tạo thành yếu tố mới, Se  fe  0; Khi đó: Tổng bình phƣơng sai số: Se : Tổng tổng bình phƣơng yếu tố có ảnh hƣởng P