5. Giới thiệu chung về đề tài thiết kế
2.4Bài toán xuôi
Bài toán xuôi giúp người thiết kế có thể dự đoán được hình dạng sản phẩm khi sản xuất sản phẩm với mô hình đầu đùn đã biết. Điều này giúp hạn chế số lần chế tạo thử trong thực tế gây tốn kém và mất thời gian, việc thiết kế đầu đùn nhanh chóng và chính xác hơn. Nếu hình dạng sản phẩm cuối cùng không đạt được kích thước như yêu cầu, sẽ sửa lại mô hình đầu đùn: thay đổi mặt cắt ngang tạo hình, thay đổi chiều dài của đầu tạo hình, cân bằng đầu đùn lại,
Ngoài ra hình dạng sản phẩm không chỉ phụ thuộc vào hình dạng đầu đùn mà còn phụ thuộc vào điều kiện gia công, và các đặc tính của vật liệu. Vì thế, bài toán đùn xuôi còn giúp dự đoán hình dạng sản phẩm ở điều kiện gia công và vật liệu khác nhau, tối ưu hóa trong quá trình gia công sản phẩm chất dẻo.
2.4.1 Mô hình bài toán
Ở bài toán cân bằng đã xác định được mô hình đầu đùn hợp lí. Trong bài toán xuôi, thêm vào một phần là sản phẩm sau khi ra khỏi đầu đùn, để kiểm tra đầu đùn và các yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng sản phẩm.
Hình 2.15. Điều kiện biên trong POLYFLOW
2.4.2 Kết quả mô phỏng trong POLYFLOW
Xem xét kết quả mô phỏng. Với các giá trị của thông số vật liệu khác nhau ta có các kết quả khác nhau:
Lưu lượng dòng nóng chảy Q=5kg/h= 1587,3 mm3
Từ profile vận tốc và áp suất sau khi giải được, ta có thể dựa vào đó để biết được quá trình dòng chảy trong khuôn và có thể dựa vào đó thay đổi các điều kiện gia công hoặc mô hình hình học để đạt được tinh toán áp suất và vận tốc phù hợp.
Với lưu lượng 5kg/h ta thấy phân bố vận tốc của dòng chảy chưa thực sự đều, điều này có thể dẫn tới sự sai khác trong kích thước của sản phẩm.
Hình 2.16. Vận tốc ở một số mặt cắt trên sản phẩm và đầu đùn ở lưu lượng 5kg/h.
So sánh mặt cắt của sản phẩm khi lưu lượng lần lượt là 3kg/h, 5kg/h, 6kg/h
Hình 2.18. Các mặt cắt của sản phẩm khi thay đổi lưu lượng.
Nhận thấy, khi lưu lượng là 3kg/h thì độ dày mặt cắt đồng đều hơn so với khi lưu lượng là 5kg/h, và 6kg/h. Như vậy, với cùng vật liệu và đầu đùn thì lưu lượng đầu vào là 3kg/h là thích hợp hơn cả.
Mặt cắt sản phẩm vẫn chưa có được hình dạng như mong muốn nên thay đổi mô hình đầu đùn cho phù hợp hơn. Vì kích thước của sản phẩm không chỉ phụ thuộc vào kích thước của khuôn mà còn phụ thuộc vào điều kiện gia công và vật liệu, do vậy từ mô phỏng ta có thể tìm ra được điều kiện gia công cũng như kết cầu của khuôn hợp lý.
2.4.3 Sử dụng kết quả
Qua nhiều lần thử nghiệm trên POLYFLOW để tối ưu hóa trong thiết kế đầu đùn, và tối ưu hóa trong điều kiện gia công, chúng ta có thể đem mô hình tối ưu nhất đi gia công
Hình 2.19: các tấm khuôn: mô hình phân tách; hình cắt đứng;hình chiếu cạnh: (1) bề mặt ghép với máy đùn; (2) đĩa tiếp hợp; (3) đĩa chuyển tiếp; (4) phần cân bằng dòng chảy; (5) phần tạo hình; (6)lỗ ghép ren; (7) chốt định vị; (8) cửa đo nhiệt; (9) cổng đo áp suất; (10) tấm nhiệt; (11) màng lọc. (A): biên dạng ra của đầu đùn, (B): biên dạng sản phẩm.
2.5 Kết luận và hướng dẫn chung cho thiết kế đầu đùn:
Thiết kế đầu đùn chất dẻo là một công việc phức tạp bởi kích thước sản phẩm đùn không chỉ dựa trên thiết kế đầu tạo hình ( hình dạng của đầu đùn), mà còn phụ thuộc vào đặc tính của polymer, và các thông số gia công. Vì vậy khi thiết kế đầu đùn cần theo các chỉ dẫn chung sau:
Thực hiện cân bằng dòng chảy khi ra khỏi đầu đùn.
Giảm sự tụt áp yêu cầu để thực hiện cân bằng dòng chảy để cho phép tối đa lưu lượng với kích thước sản phẩm nhỏ nhất yêu cầu
Đưa ra các thiết bị điều khiển trong khuôn để tối ưu hóa sự phân bố dòng chảy. Làm thuôn trong kết cấu đầu đùn ( cần có phần chuyển tiếp) để tránh các vùng ứ
đọng vật liệu
Sử dụng các thiết kế chuẩn, đồng bộ từng tấm trong đầu đùn để dễ lắp ráp, bảo quản/
Chiều dài của phần đầu tạo hình ít nhất nên gấp 10 lần chiều dày của sản phẩm hoặc khe để thuận tiện cho việc giảm áp suát trong khuôn.
Tránh thiết kế các sản phẩm có chiều dày không đồng đều để đạt cân bằng khuôn tốt, giảm thời gian làm mát và giảm biến dạng của sản phẩm.
Tránh hoặc giảm thiều các biên dạng lỗ vì nó dẫn đến tăng giá thành đầu đùn và quá trình làm mát sản phẩm.
Ngoại trừ đầu đùn cho sản phẩm ống tròn, thực sự không thể thiết kế mô hình đầu đùn để đạt sản phẩm chất lượng cho phạm vi rộng các loại polymer và quá trình gia công. Đó là lí do một thiết kế tốt phải kết hợp chặt chẽ với các phần khác của quá trình gia công để bù lại phần thiếu hụt trong sản phẩm cuối cùng, như làm mát chẳng hạn. Với một đầu đùn cho sẵn, sự thay đổi profile sản phẩm có thể đạt được bằng cách thay đổi điều kiện gia công như nhiệt độ, tốc độ làm mát, tốc độ
kéo. Tuy nhiên, một điều quan trọng trong tối ưu thiết kế là làm các thí nghiệm nếu có thể. Điều này giải thích tại sao đùn chất dẻo chủ yếu dựa trên thực nghiệm và các thí nghiệm, các lần đùn thử và chỉnh lỗi để thiết kế và tối ưu một đầu đùn đi kết hợp với các thông số gia công. Tuy nhiên, bằng sử dụng mô phỏng số cùng với các kết quả thí nghiệm sẽ cải thiện rất nhiều quá trình thiết kế đầu đùn và tối ưu hóa quá trình đùn. Với mô phỏng số ta có thể tiết kiệm rất lớn chi phí cho quá trình thí nghiệm và dễ dàng hơn trong thiết kế và tối ưu hóa.
KẾT LUẬN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án, nhờ sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Việt Hùng, em đã hoàn thành đồ án: Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo. Qua quá trình làm đồ án tôi đã thu được kết quả sau:
- Nguyên lý và cấu tạo đầu đùn định hình
- Lý thuyết và tính toán trong thiết kế đầu đùn định hình - Sử dụng mô phỏng số trong thiết kế đầu đùn định hình cụ thể - Khai thác kết quả để có thể ứng dụng cho bài toán thực tế
Qua quá trình thực hiện đồ án đã cũng cố cho tôi về lý thuyết và thực tiễn về lĩnh vực thiết kế đầu đùn định hình chất dẻo. Tuy nhiên với khối lượng kiến thức lớn, đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi mong nhận được những sự đóng góp ý kiến để đồ án hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2010 Học viên Trịnh Quang Long
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Phạm Minh Hải, Vật liệu chất dẻo tính chất và gia công, Đại học Bách khoa Hà Nội
2. J.Harry DuBois – Waynel.Pribble (1995), Plastics Mold Engineering Handbook, Springer; 5th edition.
3. Walter Michaeli, Extrusion Dies for Plastic and Rubber – Design and Engineering
Computations, Hanser Gardner Pubns; 2nd Rev edition (June 1992) 4. Kotis (2004), Antec 2004 Paper 1022, Dearborn, Michigan, June 8-10.