3.3.1. Tổng quan
Hiện nay với sự với sự ra đời của CAE - viết tắt của Computer Aided Engineering-cho phộp những người thiết kế và chế tạo khuụn rỳt ngắn được thời gian thiết kế cũng như chi phớ trong sản xuất khuụn. Với sự trợ giỳp của CAE ,việc thử khuụn được tiến hành trờn mụ hỡnh mỏy tớnh. Điều này giỳp cho người thiết kế tiết kiệm được thời gian cũng như chi phớ thử khuụn. Quỏ trỡnh thử lại trờn thực tế chủ yếu là để đỏnh giỏ lại cỏc thụng số kỹ thuật của bộ khuụn. Chỳng ta cú thể thấy ở hai sơ đồ dưới đõy:
Hỡnh 3 - 18: Trỡnh tự thiết kế, chế tạo khuụn cổđiển
Hỡnh 3 - 19: Trỡnh tự thiết kế, chế tạo khuụn với sự trợ giỳp của CAE Cú thể thấy, trờn sơ đồ cổ điển, việc thử khuụn được tiến hành sau khi chế tạo xong khuụn và quỏ trỡnh thử cần phải được tiến hành trờn khuụn thật. Cũn ở sơ đồ cú sự trợ giỳp của CAE trờn, việc thử khuụn được thực hiện trước khi chế tạo khuụn và việc thử chỉ tiến hành trờn mụ hỡnh mỏy tớnh. Điều này giỳp cho người thiết kế tiết kiệm được thời gian cũng như chi phớ thử
khuụn. Quỏ trỡnh thử lại trờn thực tế chủ yếu là đểđỏnh giỏ lại cỏc thụng số kỹ
thuật của bộ khuụn.
Tất nhiờn, cú thể thấy cỏc kết quả tớnh toỏn phụ thuộc rất nhiều vào cỏc
điều kiện đầu vào mà người sử dụng cung cấp cho mỏy tớnh. Thường thỡ cỏc số liệu đầu vào đều khụng sỏt với thực tế nờn cỏc kết quả tớnh toỏn khụng thật chớnh xỏc 100%. Tuy nhiờn, cỏc kết quả này sẽ cho chỳng ta biết một bức
tranh khỏ tổng quan của toàn bộ cỏc quỏ trỡnh hỡnh thành sản phẩm nhựa trong lũng khuụn và giỳp chỳng ta trỏnh được những sai sút khụng đỏng kể
khi thiết kế khuụn.
Một số phần mềm CAE thụng dụng dựng trong thiết kế khuụn - Modex 3D
- Moldflow…
Cỏc tớnh chất cơ bản của một phần mềm CAE như sau:
Mụ phỏng và phõn tớch được toàn bộ quỏ trỡnh phun nhựa trờn mỏy tớnh. Cho phộp việc thiết kế khuụn dựa trờn cỏc điều kiện về nhiệt độ, ỏp suất,
độ co ngút, cỏc thụng số mỏy…
Giải quyết những vướng mắc tồn tại trong quỏ trỡnh thiết kế và ộp phun nhựa trong thực tế.
Với tớnh chất ưu việt trờn, đó giỳp đỡ rất nhiều cho cỏc doanh nghiệp chuyờn về thiết kế khuụn nhựa.
Nú tỡm ra cỏc sai sút trong khi thiết kế khuụn; Giảm cỏc chi phớ thiết kế
khuụn.
Chớnh vỡ vậy, mà hiện nay cú rất nhiều doanh nghiệp chuyờn thiết kế
khuụn nhựa đó lựa chọn cỏc phần mềm CAE như một cụng cụ hữu hiệu để
giải quyết cỏc vấn đề hay gặp nhưng khú giải quyết trong quỏ trỡnh ộp phun nhựa là:
- Dựđoỏn cỏc lỗi vềđường hàn – Weldline - Dựđoỏn cỏc lỗi về rỗ khớ-Airtrap - Dựđoỏn cỏc lỗi về dũng chảy bất thường cú khả xẩy ra - Dựđoỏn về thời gian làm mỏt. Đưa ra cỏc giải phỏp, giải quyết cỏc vấn đề gặp phải như chỉnh lại kết cấu khụng hợp lý của khuụn, cỏc giải phỏp về kờnh làm mỏt để giải quyết cỏc vấn đề cong vờnh co ngút, cỏc vấn đề về thụng sụ của mỏy cũng như vật liệu khụng hợp lý…
3.3.2. Ứng dụng Moldflow Plastics Insight 3.0 kiểm tra khuụn.
- Part Adviser: Dựng đểđịnh lượng vị trớ phun, vị trớ làm mỏt.
- Plastics Insight: Dựng để định tớnh thời gian điền đầy, thời gian làm mỏt, ỏp suất phun lớn nhất của mỏy, vận tốc phun…
Tuy nhiờn, thụng qua phõn tớch ở phần Pastics Insight, ta hoàn toàn cú thể biết được vị trớ vũi phun hợp lý, vị trớ hệ thống làm mỏt hợp lý. Nờn ởđõy ta chỉ xột phần Plastics Insight.
Cỏc module chớnh trong Moldflow Plastics Insiht 3.0(MPI) gồm:
1. MPI/Flow:
Dựng để phõn tớch quỏ trỡnh điền đầy khuụn. Lý thuyết về sự điền đầy
được tớnh toỏn dựa trờn kết qủa của ỏp suất và nhiệt độ. Khi nào ta quan sỏt thấy kết quả phõn tớch của một phần nào đú của chi tiết cú màu đỏ hoặc mầu vàng thỡ, ta phải xem cẩn thận kết quả ỏp suất và nhiệt độđể xỏc định xem tại sao nú lại thế.
Sựảnh hưởng giữa nhiệt độ và ỏp suất sẽđược chỉ như hỡnh dưới đõy.
Temp Pressure Drop T1 = Nhiệt độở nơi chất lỏng khụng chảy đến T4 = Nhiệt độởđầu phun. = Áp suất lớn nhất ởđầu phun * Xột ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ trờn hỡnh trờn sử dụng, nhiệt độở nơi mà chất lỏng khụng chảy
đến (T1) và nhiệt độ ở đầu phun (T4). Cỏc nhiệt độ khỏc hai nhiệt độ này
được xỏc định từ sự khỏc nhau giữa T1 và T4. Sự khỏc nhau này được chia thành 5 phần khỏc nhau như trờn hỡnh vẽ. T2 là nhiệt độ ở đú là cú hơn 20% là T1; T3 là hơn 40% T1.
Tại một chỗ nào đú của sản phẩm khi ỏp suất tại đú lớn hơn 80% Pmax và nhiệt độ tại điểm đú nằm giữa T3 va T4 thỡ chất lượng điền đầy tại đú rất tốt.
Khi ta phõn tớch sựđiền đầy của một sản phẩm thỡ sựđiền đầy sẽ biểu thị
bằng màu trờn chi tiết, vớ dụ như sau:
Cỏc màu khỏc nhau trờn sản phẩm được biểu thị như sau:
Khi lũng khuụn khụng được điền đầy hết thỡ chỳng ta phải thay đổi một trong cỏc cỏch sau:
• Cho lại vị trớ phun.
• Chọn loại nhựa khỏc.
• Chọn cỏc thụng số khỏc của mỏy: ỏp suất phun, nhiệt độ phun. Tuy nhiờn, để đảm bảo chất lượng được tốt thỡ kết cấu của khuụn cũng phải đảm bảo.
Nếu tất cả đều chuyến sang màu xanh: Sự chảy dễ ràng và ta chấp nhận giả phỏp.
Nếu cú vài màu vàng: Chất lượng điền đầy cú thể khụng tốt lắm, lượng mầu vàng càng tăng thỡ càng khú điền đầy.
Nếu cú vài màu vàng và màu đỏ: Thỡ cực kỳ khú đểđiền đầy, chất lượng khụng thể chấp nhận được.
Nếu cú mầu trong suốt: Khụng thểđiền đầy khuụn.
* Phõn tớch rỗ khớ:
Hiện tượng rỗ khớ sảy ra ở nơi cú sự gặp nhau của hai hay nhiều dũng chảy. Chỳng được biểu diễn bằng cỏc quả cầu hỡnh cầu trờn bề mặt của chi tiết.
* Phõn tớch đường hàn:
A: willdefinitely fill
B: may be difficult to fill or may have quality problems
C: will be difficult to fill or will have quality problems
Đường hàn sảy ra khi hai dũng chảy gặp nhau, chỳng được miờu tả bằng cỏc đường màu đỏ trờn bề mặt.
2. MPI/Packing:
Dựng để tớnh toỏn thời gian đụng đặc của nhựa trong lũng khuụn, xem xột ỏp suất cần thiết để giữ ỏp. Kết quả của quỏ trỡnh phõn tớch cho ta biết cỏc thụng số sau:
• Thời gian đụng đặc (thời gian giữ ỏp).
• Áp suất lớn nhất của vũi phun.
• Lực kẹp khuụn lớn nhất. Cỏc kết quả này được sử dụng để.
• Tớnh toỏn thời gian của cả chu kỳ.
• Lựa chọn ỏp suất của mỏy.
• Tớnh lực kẹp khuụn cần thiết.
3. MPI/Cooling:
Dựng để lựa chọn vị trớ làm mỏt hợp lý đồng thời dựng để xỏc định thời gian làm mỏt. Màu sắc của kết quả cho ta biết sự chờnh lệch nhiệt độ so với giỏ trị chung bỡnh. Màu đỏ chỉ nhiệt độ tại vựng đú cao hơn nhiệt độ trung bỡnh cũn màu xanh chỉ nhiệt độ tại vựng đú thấp hơn nhiệt độ trung bỡnh. Trong quỏ trỡnh phõn tớch này ta cần quan tõm đến hai thụng số.
- Surface Temperature Variance result: cho ta kết quả chờnh lệch nhiệt
độ của bề mặt so với nhiệt độ trung bỡnh. Surface Temperature Variance Result chỉ ảnh hưởng của hỡnh dỏng chi tiết. Tuy nhiờn, chiều dầy cũng ảnh hưởng đến cỏch mà vật liệu sẽ nguội và nờn kiểm tra Freeze Time Variance Result.
- Freeze Time Variance Result: Giống như phõn tớch Surface Temperature Variance Result, điều này cho ta biết khoảng thời gian làm nguội liờn quan đến thời gian làm nguội trung bỡnh trong vật thể. Kết quả phõn tớch cho ta biết được sự chờnh lệch thời gian cần thiết mà vật liệu được làm mỏt trong bất cứ vựng nào của sản phẩm từ thời gian làm mỏt trung bỡnh cho toàn bộ vật thể. Vựng mà được in trong giỏ trị dương (màu đỏ) cần thời gian nhiều
hơn để làm mỏt hơn so với thời gian trung bỡnh. Và vựng mà được in với giỏ trị õm (màu xanh) thỡ sẽ nhanh nguội hơn. Tốc độ nguội phụ thuộc vào độ dầy mỏng của sản phẩm. Vựng mỏng sẽ nguội nhanh hơn vựng dầy.
Kết quả của quỏ trỡnh phõn tớch quỏ trỡnh làm mỏt:
• Vị trớ làm mỏt phự hợp hay chưa.
• Thời gian làm mỏt.
4. MPI/Warpage:
Dựng để kiểm tra độ cong vờnh. Sau đõy, ta đi kiểm tra lại khả năng
điền đầy của hai bộ khuụn đó thiết kếở phần CIMATRON
3.3.2.1. Kiểm tra lại sự bố trớ vị trớ vũi phun của khuụn
Ởđõy, ta lựa chọn mỏy cú cỏc thụng số như sau:
• Áp suất vũi phun lớn nhất của mỏy: 300MPa.
• Thời gian điền đầy khuụn 10s. • Nhiệt độ lũng khuụn:400C. • Thời gian làm nguội: 20s. 1. Kiểm tra lại sựđiền đầy a. Đối với sản phẩm là nắp bỡnh. Hỡnh 3 - 20: Kết quảđiền đầy nắp bỡnh
Nhỡn vào hỡnh 3 - 20 ta thấy với việc bố trớ hai vị trớ vũi phun ở trờn nhựa hoàn toàn cú thể điền đầy được trong lũng khuụn. Thời gian điền đầy là 3,242s.
Kết luận: Đặt vũi phun tại hai vị trớ như phần mềm Cimatron ở trờn là hợp lý.
b. Đối với sản phẩm là thõn bỡnh.
Hỡnh 3 - 21: Kết quảđiền đầy thõn bỡnh.
Nhỡn vào hỡnh 3 – 21 ta thấy việc bố trớ vũi phun như trờn là hợp lý, nhựa cú thểđiền đầy được trong lũng khuụn. Thời gian điền đầy là 7,646s.
Kết luận: Bố trớ vị trớ vũi phun như đó thiết kế bằng phần mềm CIMATRON là hoàn toàn hợp lý.
2. Kết quả cong vờnh
Ởđõy chỉ kiểm tra sự cong vờnh của nắp bỡnh. Nhỡn vào kết quả phõn tớch ta thấy nắp bỡnh bị cong vờnh là khoảng 0,77mm. Giỏ trị này nhỏ hơn rất nhiều so với kớch thước của nú nờn ta cú thể chấp nhận được.
Ch−ơng 4. CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM 4.1. Quy trỡnh cụng nghệ chế tạo khuụn
Nhưđó trỡnh bày ở chương 3, khuụn mẫu được thiết kếứng dụng phần mềm Cimatron. Ở đõy phần mềm này cú thể đảm nhiệm được từ khõu tớnh toỏn thiết kế ⇒ Xuất ra bản vẽ chế tạo sản phẩm ⇒ Xuất ra code mó NC ⇒
Kết nối với mỏy gia cụng CNC để gia cụng sản phẩm. Toàn bộ cỏc chi tiết quan trọng, cơ bản của bộ khuụn đều được gia cụng trờn mỏy CNC đảm bảo chớnh xỏc, đạt cỏc yờu cầu kỹ thuật. Trong phần phụ lục 2 trỡnh bày một số
nguyờn cụng trong quy trỡnh cụng nghệ gia cụng trờn mỏy CNC.
4.2. Quy trỡnh cụng nghệ chế tạo vỏ bỡnh
Quy trỡnh cụng nghệ chế tạo vỏ bỡnh ắc quy đó bao hàm trong quỏ trỡnh thiết kế khuụn mẫu bằng phần mềm Cimatron vớ dụ như: chọn mỏy ộp phun; chọn nhựa; đặt vị trớ vũi phun; kiểm tra độ điền đầy khuụn... Như vậy sau khi
đó hoàn thành chế tạo cỏc bộ khuụn ộp, nhúm đề tài đó tiến hành lắp cỏc bộ
khuụn lờn cỏc mỏy ộp đó lựa chọn và tiến hành ộp ra sản phẩm vỏ bỡnh.
4.3. THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM
Đề tài đó tiến hành chế tạo 50 bộ sản phẩm vỏ bỡnh ắc quy bằng nhựa PE. Sau khi chế tạo nhúm đề tài đó tiến hành cỏc thử nghiệm về cơ, lý tớnh của sản phẩm cú so sỏnh với mẫu sản phẩm của Trung Quốc. Qua phõn tớch, thử nghiệm cho thấy cỏc chỉ tiờu thử nghiệm đều tương đương với cỏc chỉ tiờu phõn tớch, thử nghiệm từ mẫu của Trung Quốc (cỏc mẫu phõn tớch thử nghiệm
được đúng kốm trong phần phụ lục 3 của bỏo cỏo này). Sau khi tiến hành phõn tớch, thử nghiệm cơ lý tớnh của sản phẩm, nhúm đề tài đó tiến hành đưa sản phẩm đi thử nghiệm cụng nghiệp tại Cụng ty Cổ phần Cơ khớ ụtụ Uụng Bớ (cỏc văn bản liờn quan đến thử nghiệm cụng nghiệp được đúng trong phụ lục 3 kốm theo của bỏo cỏo này)
Ch−ơng 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận
Đề tài “Nghiờn cứu thiết kế, chế tạo vỏ bỡnh ắc quy tàu điện mỏ bằng vật liệu phi kim loại” đó được nhúm đề tài triển khai đạt kết quả trong năm 2007. Đề tài đó thực hiện cỏc nội dung nghiờn cứu đó đăng ký cơ bản theo cỏc bước từ lựa chọn đối tượng nghiờn cứu, đến tớnh toỏn thiết kế, chế tạo thử
nghiệm sản phẩm với những kết quảđó đạt được như nờu trong bỏo cỏo. Qua quỏ trỡnh nghiờn cứu, đề tài đưa ra một số kết luận sau:
- Việc thay thế vỏ bỡnh ắc quy kim loại bằng vỏ bỡnh nhựa là cần thiết,
đảm bảo an toàn lao động và tớnh kinh tế (do tăng độ bền)
- Đề tài đó ỏp dụng cụng cụ phần mềm tiờn tiến để thiết kế, chế tạo khuụn mẫu. Đảm bảo rỳt ngắn thời gian thiết kế, chế tạo, tăng tớnh chớnh xỏc của sản phẩm.
- Cỏc bộ khuụn mẫu đề tài đó chế tạo đảm bảo độ chớnh xỏc, độ bền cú thể sử dụng để ộp ra cỏc vỏ bỡnh bằng nhựa phục vụ cho việc thay thế vỏ bỡnh
ắc quy bằng kim loại trong thời gian trước mắt cũng như lõu dài (độ bền 10.000 sản phẩm).
- Sản phẩm vỏ bỡnh sau chế tạo đó được thử nghiệm cỏc thụng số cơ, lý tớnh đảm bảo tương đương với sản phẩm nhập ngoại. Đõy là cơ sở để tiến hành lắp đặt thử nghiệm cụng nghiệp.
5.2. Kiến nghị
Sản phẩm của đề tài cú ý nghĩa thực tiễn, thay thế vỏ bỡnh kim loại bằng vỏ bỡnh nhựa nhằm đảm bảo an toàn lao động, nõng cao hiệu quả kinh tế đối với đơn vị chế tạo bỡnh ắc quy tàu điện. Nhúm đề tài kớnh đề nghị
- Cho phộp đề tài được nghiệm thu cỏc cấp;
- Tập đoàn Cụng nghiệp Than – Khoỏng sản Việt Nam cho phộp sản phẩm của đề tài được ỏp dụng vào sản xuất dưới hỡnh thức chuyển giao cụng nghệ giữa Viện Cơ khớ Năng lượng và Mỏ - TKV với Cụng ty Cổ phần Cơ
LỜI CÁM ƠN
Thực hiện hợp đồng NCKH cụng nghệ số 39.07.RD/HĐ-KHCN với đề
tài “Nghiờn cứu thiết kế, chế tạo vỏ bỡnh ắc quy tàu điện mỏ bằng vật liệu phi kim loại” ký giữa Bộ Cụng nghiệp (nay là Bộ Cụng thương) và Viện Cơ khớ Năng lượng và Mỏ - TKV (ngày 25 thỏng 01 năm 2007), nhúm đề tài đó tiến hành nghiờn cứu thiết kế, chế tạo sản phẩm theo đỳng cỏc nội dung nghiờn cứu trong đề cương.
Trong quỏ trỡnh triển khai đề tài, nhúm đề tài đó nhận được sự giỳp đỡ
cần thiết về mọi mặt của Vụ KHCN Bộ Cụng thương. Lónh đạo Viện Cơ khớ Năng lượng và Mỏ - TKV, cũng tạo mọi điều kiện thuận lợi cho cỏc thành viờn nhúm đề tài triển khai cỏc bước nghiờn cứu và đưa ra những định hướng xỏc đỏng gúp phần đẩy nhanh tiến độ đề tài, nõng cao chất lượng, hiệu quả
cụng việc. Đề tài cũng nhận được sự phối hợp chặt chẽ và giỳp đỡ tận tỡnh của cỏc cơ quan phối hợp trong việc nghiờn cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm sản phẩm như: Cụng ty Cổ phần Cơ khớ ễ tụ Uụng Bớ; Trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội; Cụng ty TNHH Cụng nghiệp Quang Nam. Cỏc đồng nghiệp trong Viện, cỏc chuyờn gia, cỏc nhà sản xuất trong và ngoài ngành cũng cú những đúng gúp tớch cực trong quỏ trỡnh hoàn thiện đề tài.
Thay mặt nhúm đề tài, tụi xin chõn thành cảm ơn cỏc Vụ, Ban, Ngành,
Đơn vị chủ quản và cỏc chuyờn gia, cỏc đồng nghiệp vỡ những sự hợp tỏc, giỳp đỡ nờu trờn và mong muốn tiếp tục nhận được những ý kiến xõy dựng nhằm phỏt triển và ứng dụng kết quả của đề tài vào thực tế sản xuất.