Thiết kế hệ thống làm nguội khuôn ép phun nhựa

1Á Á Ä Á Ø ÄTHIET KE HE THONG LAM NGUOI CHO KHUÔN ÉP PHUN NHỰA 1. TỔNG QUAN Aûnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm sau khi làm nguội Thời gian chu kỳ ép phun ảnh hưởng rất lớn đến năng suấtChu kỳ ép phun 50 ~ 70% Làm nguội tốt co rút đều Thời gian chu kỳ ngắn Làm nguội không tốt co rút không đều gây cong vênh Thời gian chu kỳ dài 21.1. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG LÀM NGUỘI A: Hệ thống kênh dẫn B: Cơ cấu chia dòng C: Ống nối D: Bộ góp E: Bộ phân phối F: Khoang tạo hình G: Bơm H: Bộ giải nhiệt hoặc gia nhiêt 1.2. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Hệ thống làm nguội phải đảm bảo: å- Sự phân bố nhiệt độ trên sản pham đồng đều, không còn vùng tụ nhiệt. - Sản phẩm co rút phải đồng đều. - Sai lệch hình học nằm trong phạm vi yêu cầu đối với sản phẩm. - Giảm tối đa thời gian chu trình ép phun có thể nhằm tăng năng suất và tiết kiệm chi phí sản xuất. 31.3. THÔNG SỐ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI ƒ Vị trí đặt đường làm nguội ƒ Cấu hình hệ thống làm nguội ƒ Kích thước đường làm nguội ƒ Số lượng đường làm nguội NĂNG SUẤT ÉP PHUN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM KẾT CẤU KHUÔN 2. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Yêu cầu chung Sự phân bố nhiệt độ trên sản phẩm sau khi làm nguội là đồng đều, không còn vùng tụ nhiệt. Sai lệch hình dáng hình học và kích thước nằm trong h i â àp ạm v yeu cau. Làm giảm tối đa thời gian chu trình ép phun. 42: NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Nguyên tắc chung Ưu tiên làm nguội bằng hệ thống kênh dẫn chất lỏng làm nguội. Những khu vực không thể bố trí được hệ thống kênh dẫn thì sử dụng các cơ cấu làm nguội đặc biệt. Làm nguội nhiều hơn ở những vùng thành sản phẩm dày, vùng tu nhiệt. ï Làm nguội tốt ở những vị trí yêu cầu độ chính xác kích thước của sản phẩm. Chế độ làm nguội nên phù hợp với vật liệu sản phẩm và chỉ tiêu của khách hàng. 2: NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Thiết kế hệ thống kênh dẫn chất lỏng làm nguội 1. Xác định không gian bố trí hệ thống kênh dẫn chất lỏng làm nguội. 2. Xác định kích thước kênh dẫn. 3. Bố trí hệ thống kênh dẫn vào trong khuôn. 52: NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác lập chế độ làm nguội 1. Nhiệt độ chất lỏng làm nguội. 2. Loại chất lỏng làm nguội. 3. Vận tốc dòng chảy chất lỏng trong kênh dẫn. 4. Chú ý đến sự sụt áp trong kênh dẫn. 2: NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI ù á øCac cơ cau lam nguội đặc biệt Được dùng để làm nguội tại những vị trí không thể bố trí được đường làm nguội. 63. THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH DẪN CHẤT LỎNG LÀM NGUỘI Xác định không gian bố trí hệ thống làm nguội 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH DẪN CHẤT LỎNG LÀM NGUỘI Xác định kích thước kênh dẫn Kênh dẫn chất lỏng làm nguội có tiết diện tròn, giá trị đường kính nên lấy theo tiêu chuẩn dụng cụ. 73.THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÊNH DẪN CHẤT LỎNG LÀM NGUỘI Bố trí hệ thống kênh dẫn vào trong khuôn Xác định loại cấu hình kênh dẫn. Xác định khoảng cách giữa những kênh dẫn. Xác định khoảng cách từ kênh dẫn tới bề mặt sản phẩm. Xác định chiều dài đường dẫn chất lỏng làm nguội. 3. BỐ TRÍ HỆ THỐNG KÊNH DẪN VÀO TRONG KHUÔN Xác định loại cấu hình kênh dẫn 83. BỐ TRÍ HỆ THỐNG KÊNH DẪN VÀO TRONG KHUÔN X ù đị h kh û ù h iữ ù k â h d ãac n oang cac g a cac en an 3. BỐ TRÍ HỆ THỐNG KÊNH DẪN VÀO TRONG KHUÔN Xác định khoảng cách từ kênh dẫn đến bề mặt sản phẩm 93. BỐ TRÍ HỆ THỐNG KÊNH DẪN VÀO TRONG KHUÔN Xác định chiều dài đường dẫn chất lỏng làm nguội 4. XÁC LẬP CHẾ ĐỘ LÀM NGUỘI Xác định nhiệt độ chất lỏng làm nguội Phụ thuộc vào nhiệt độ khuôn yêu cầu. Th á hơ hi ät đ ä kh â từ 10 200Cap n n e o uon – . 10 4.XÁC LẬP CHẾ ĐỘ LÀM NGUỘI Xác định loại chất lỏng làm nguội Phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng làm nguội và khả năng của nhà sản xuất. Thông thường, ta dùng nước. Nếu nhiệt độ yêu cầu trên 800C, ta dùng dầu. Nếu nhiệt độ yêu cầu dưới 50C, ta dùng Etylen Glycol hoặc pha trộn thêm Etylen Glycol vào nước. 4.XÁC LẬP CHẾ ĐỘ LÀM NGUỘI Xác định vận tốc dòng chảy chất lỏng làm nguội Đảm bảo để có dòng chảy rối. Qui ra: 4000 < Re < 10000 11 5. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Phương pháp thiết kế truyền thống Theo nguyên tắc thử – tìm lỗi – sửa sai, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm thực tế. Thời gian thiết kế dài. Chi phí sản xuất cao. Khó đảm bảo chất lượng sản phẩm. 5. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Chức năng thiết kế và phân tích hệ thống làm nguội của phần mềm CAE – Moldflow Thiết kế và bố trí được hệ thống làm nguội theo yêu cầu. Phân tích - mô phỏng quá trình làm nguội và đưa ra kết quả. Dự đoán được hiệu quả làm nguội với hệ thống làm nguội đã thiết kế. 12 5.THIẾT HỆ THỐNG LÀM NGUỘI THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE Phương pháp thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAD/CAE Sử dụng kinh nghiệm sản xuất khuôn, cơ sở lý thuyết tính toán nhiệt và lưu chất, và các chức năng của phần mềm Moldflow. Dưa trên sư phân tích và mô phỏng bằng phươngï ï pháp số và đồ hoạ màu. Qui trình thiết kế hệ thống làm nguội theo công nghệ CAD/CAE 5. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT HỆ THỐNG LÀM NGUỘI THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE ù ù á û û á øXac định cac thông so cơ ban cua hệ thong lam nguội Thông số chế độ ép phun. Thông số làm nguội: thông số chất lỏng làm nguội, thông số vật liệu nhưa, thông số vật liệu khuôn, ï Xác định đường kính và số đường kênh dẫn chất lỏng làm nguội, kích thước các cơ cấu làm nguội khác. 13 5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định thời gian làm nguội ⎥⎤⎢⎡ − em TTs 8l 2 ⎦⎣ − = ve C TTa t .n . 22 ππ tc : Thời gian làm nguội (giây) s: bề dày của sản phẩm Tm: Nhiệt độ chảy dẽo của nhựa (oC) Te :Nhiệt độ lói sản phẩm (oC) k Tv : Nhiệt độ của nước giải nhiệt (oC) a: Hệ số khuếch tán nhiệt k: Hệ số dẫn nhiệt (W/m0C) Cp Nhiệt dung riêng (J/kg0C) : Khối lượng riêng (kg/m3) Cp a .ρ= 5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định đường kính kênh làm nguội 14 5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG LÀM NGUỘI X ù đị h ä t á h át l û l ø äiac n van oc c a ong am nguo 5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định nhiệt lương truyền trong khuôn - HD: Nhiệt lượng sinh ra do đối lưu. - HB: Nhiệt lượng sinh ra do bức xạ nhiệt. - H : Nhiệt lương sinh ra do ï T ï truyền nhiệt. - HP: Nhiệt lượng do vật toả ra. - C: Chất lỏng làm nguội. 15 5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định nhiệt lượng truyền trong khuôn Nhiệt lượng do vật liệu nhựa toả ra: 16 5. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định số đường kênh dẫn chất lỏng làm nguội 6: BỐ TRÍ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định các vị trí cần làm nguội ưu tiên Khảo sát hình học sản phẩm và các yêu cầu. Khảo sát sự phân bố nhiệt độ trên sản phẩm trước khi làm nguội. Khảo sát kết cấu khuôn. 17 6: BỐ TRÍ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Bố trí hệ thống làm nguội cho khuôn Xác định không gian bố trí hiệu quả nhất. Xác định vị trí đặt các kênh dẫn chất lỏng l ø äiam nguo . Chọn cấu hình kênh dẫn và vị trí đặt đường chất lỏng làm nguội vào/ra. Một số ví du 6: BỐ TRÍ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI ï Bố trí các kênh nguội xung quanh lòng khuôn hình hộp. 18 Bố trí các kênh nguội xung quanh lòng khuôn hình tru 6: BỐ TRÍ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI ï. Sự làm nguội quanh một lòng khuôn trụ B á í l ø äi l õi h û b è á ù h 6: BỐ TRÍ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI o tr am nguo o n o ang cơ cau vac ngăn. 19 Bố trí làm nguội lõi hình hộp 6: BỐ TRÍ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI . Bố trí làm nguội lõi hình côn tru dùng cơ cấu ống ngăn 6: BỐ TRÍ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI ï, . 20 Bố trí làm nguội cho tấm khuôn 4 khoang tao hình 6: BỐ TRÍ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI ï . 7. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định phân bố nhiệt độ và à à M Xác định kích thước và số đường làm nguội Xác định cách bố trí hệ thống làm nguội trên khuôn vùng tụ nhiệt sau khi đien đay Thiết kế hệ thống làm nguội trên mô hình phân tích C A D /C A E /C A M Phân tích quá trình làm nguội Đánh giá kết quả phân tích Ra quyết định 21 Xác định phân bố nhiệt độ và à à M 7. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định kích thước và số đường làm nguội Xác định cách bố trí hệ thống làm nguội trên khuôn vùng tụ nhiệt sau khi đien đay Thiết kế hệ thống làm nguội trên mô hình phân tích C A D /C A E /C A M Phân tích quá trình làm nguội Đánh giá kết quả phân tích Ra quyết định 7. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định phân bố nhiệt độ và à à M Xác định kích thước và số đường làm nguội Xác định cách bố trí hệ thống làm nguội trên khuôn vùng tụ nhiệt sau khi đien đay Thiết kế hệ thống làm nguội trên mô hình phân tích C A D /C A E /C A M Phân tích quá trình làm nguội Đánh giá kết quả phân tích Ra quyết định 22 7. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định phân bố nhiệt độ và à à M Xác định kích thước và số đường làm nguội Xác định cách bố trí hệ thống làm nguội trên khuôn vùng tụ nhiệt sau khi đien đay Thiết kế hệ thống làm nguội trên mô hình phân tích C A D /C A E /C A M Phân tích quá trình làm nguội Đánh giá kết quả phân tích Ra quyết định 7. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định phân bố nhiệt độ và Xác định kích thước và số đường làm nguội Xác định cách bố trí hệ thống làm nguội trên khuôn vùng tụ nhiệt sau khi điền đầy Thiết kế hệ thống làm nguội trên mô hình phân tích C A D /C A E /C A M Phân tích quá trình làm nguội Đánh giá kết quả phân tích Ra quyết định 23 7. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định phân bố nhiệt độ và M Xác định kích thước và số đường làm nguội Xác định cách bố trí hệ thống làm nguội trên khuôn vùng tụ nhiệt sau khi điền đầy Thiết kế hệ thống làm nguội trên mô hình phân tích A D /C A E/ C A M Phân tích quá trình làm nguội Đánh giá kết quả phân tích Ra quyết định C A Xác định phân bố nhiệt độ và vùng tụ nhiệt sau khi điền đầy Đánh giá hình học sản phẩm Phân tích quá trình điền đầy lòng khuôn 24 Xác định phân bố nhiệt độ và vùng tụ nhiệt sau khi điền đầy Làm nguội bằng hệ thống kênh dẫn chất lỏng làm nguội Làm nguội bằng các cơ cấu đặc biệt Vách ngăn Ống ngăn Thanh giải nhiệt Kênh dẫn - Phân bố nhiệt độ trên sản phẩm - Kích thước và số đường làm nguội - Không gian bố trí hệ thống kênh dẫn chất lỏng làm nguội theo kết cấu khuôn thực tế B á t í ù ơ á i ûi hi ät đ ë bi ät- o r cac c cau g a n e ac e - Khả năng gia công chế tạo Thiết kế hệ thống làm nguội trên mô hình phân tích + Đảm bảo sản phẩm được làm nguội đồng đều + Đảm bảo co ngót kích thước đều cho sản phẩm + Sản phẩm không bị cong vênh sau khi làm nguội 25 Thiết kế HTLN trên mô hình phân tích Phân tích quá trình làm nguội và đánh giá kết quả 26 Phân tích quá trình làm nguội và đánh giá kết quả Phân tích quá trình làm nguội và đánh giá kết quả 27 8. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HTLN THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE/CAM Các chức năng hỗ trợ đánh giá khi thiết kế HTLN theo công nghệ CAD/CAE/CAM a. Phân tích quá trình điền đầy – Fill b. Phân tích quá trình làm nguội – Cool Ph â í h ù ì h đi à đ à l øc. an t c qua tr n en ay + am nguội + dòng chảy + cong vênh Fill + Cool + Flow + Warp 8. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HTLN THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE/CAM Các chức năng hỗ trợ đánh giá khi thiết kế HTLN theo công nghệ CAD/CAE/CAM a. Phân tích quá trình điền đầy – Fill b. Phân tích quá trình làm nguội – Cool Ph â í h ù ì h đi à đ à l øc. an t c qua tr n en ay + am nguội + dòng chảy + cong vênh Fill + Cool + Flow + Warp 28 8. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HTLN THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE/CAM Các chức năng hỗ trợ đánh giá khi thiết kế HTLN theo công nghệ CAD/CAE/CAM a. Phân tích quá trình điền đầy – Fill b. Phân tích quá trình làm nguội – Cool Ph â í h ù ì h đi à đ à l øc. an t c qua tr n en ay + am nguội + dòng chảy + cong vênh Fill + Cool + Flow + Warp 8. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HTLN THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE/CAM Các chức năng hỗ trợ đánh giá khi thiết kế HTLN theo công nghệ CAD/CAE/CAM a. Phân tích quá trình điền đầy – Fill b. Phân tích quá trình làm nguội – Cool Ph â í h ù ì h đi à đ à l øc. an t c qua tr n en ay + am nguội + dòng chảy + cong vênh Fill + Cool + Flow + Warp 29 NGUYÊN LÝ PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH LN Fill (Filling) Phân tích quá trình điền đầy lòng khuôn -Phân bố nhiệt độ trên sản phẩm sau khi điền đầy. -Các vùng tụ nhiệt ƒTạo lưới mô hình SP ƒThiết kế hệ thống kênh dẫn ƒChọn vật liệu ƒNhiệt độ Khuôn ƒNhiệt độ nóng chảy ƒThiết kế hệ thống làm nguội ƒLoại chất lỏng làm nguội ƒThông số nhiệt độ và tốc độ ƒẤn định thời gian làm nguội hoặc tính thời gian tự động Cool (Cooling) Phân tích quá trình làm nguội với hệ thống làm nguội đã thiết kế -Thời gian làm nguội sp -Phân bố nhiệt độ sau khi làm nguội -Thông số hệ thống làm nguộiƒThiết kế hệ thống kênh dẫn á á á Fill + Cool + Flow + Warp Phân tích quá trình điền đầy làm nguội và co rút của sản phẩm do quá trình làm nguội gây ra ƒThiet ke hệ thong làm nguội ƒChọn vật liệu ƒNhiệt độ Khuôn ƒNhiệt độ nóng chảy ƒThông số nhiệt độ và tốc độ ƒẤn định thời gian làm nguội hoặc tính thời gian tự động -Kết quả phân tích quá trình làm nguội -Co rút và cong vênh của sp PHÂN TÍCH QTLN THEO CN CAD/CAE/CAM Bắt đầu Thiết kế hệ thống làm nguội Phân tích quá trình điền đầy (Fill) Kết quả phân tích làm nguội ? Phân tích quá trình làm nguội (Cool)Thay đổi thông số, kích thước hệ thống kênh dẫn Thay đổi thiết kế hệ thống Yes No Phân tích Fill + Cool + Flow + Warp Kết quả co rút cong vênh ? Kết thúc kênh dẫn Yes No 30 PHÂN TÍCH QTLN THEO CN CAD/CAE/CAM Bắt đầu Thiết kế hệ thống làm nguội Phân tích quá trình điền đầy (Fill) Kết quả phân tích làm nguội ? Phân tích quá trình làm nguội (Cool)Thay đổi thông số, kích thườc hệ thống kênh dẫn Thay đổi thiết kế hệ thống Yes No Phân tích Fill + Cool + Flow + Warp Kết quả co rút cong vênh ? Kết thúc kênh dẫn Yes No PHÂN TÍCH QTLN THEO CN CAD/CAE/CAM Bắt đầu Thiết kế hệ thống làm nguội Phân tích quá trình điền đầy (Fill) Kết quả phân tích làm nguội ? Phân tích quá trình làm nguội (Cool)Thay đổi thông số, kích thườc hệ thống kênh dẫn Thay đổi thiết kế hệ thống Yes No Phân tích Fill + Cool + Flow + Warp Kết quả co rút cong vênh ? Kết thúc kênh dẫn Yes No 31 PHÂN TÍCH QTLN THEO CN CAD/CAE/CAM Bắt đầu Thiết kế hệ thống làm nguội Phân tích quá trình điền đầy (Fill) Kết quả phân tích làm nguội ? Phân tích quá trình làm nguội (Cool)Thay đổi thông số, kích thườc hệ thống kênh dẫn Thay đổi thiết kế hệ thống Yes No Phân tích Fill + Cool + Flow + Warp Kết quả co rút cong vênh ? Kết thúc kênh dẫn Yes No 9. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT HỆ THỐNG LÀM NGUỘI THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE Bố trí hệ thống làm nguội Xác định các vị trí cần làm nguội ưu tiên. Bố trí hệ thống làm nguội. 32 9. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT HỆ THỐNG LÀM NGUỘI THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE Thiết kế và phân tích hệ thống làm nguội trên phần mềm Moldflow Chuẩn bị dữ liệu thiết kế. Thiết kế các hệ thống: cấp nhưa làm nguộiï , , Cài đặt thông số phân tích. Phân tích và ghi nhận kết quả. 9. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT HỆ THỐNG LÀM NGUỘI THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE Đánh giá kết quả thiết kế So sánh kết quả phân tích với các chỉ tiêu và yêu cầu thiết kế sản phẩm. Hiệu quả làm nguội. Giá trị các khuyết tật ảûnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Thời gian chu kỳ. 33 9. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT HỆ THỐNG LÀM NGUỘI THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE Hiệu chỉnh thiết kế Phụ thuộc vào loại sai sót và khuyết tật. Giải pháp thay đổi thông số công nghệ. Giải pháp thay đổi thiết kế hệ thống làm nguội. Giải pháp thay đổi thiết kế sản phẩm. 9. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT HỆ THỐNG LÀM NGUỘI THEO CÔNG NGHỆ CAD/CAE Ghi nhận các kết quả thiết kế Thông số chế độ ép phun. Thông số chế độ làm nguội. Kí h thướ ø ù h b á t í h ä th á á hưc c va cac o r e ong cap n ïa. Kích thước và cách bố trí hệ thống làm nguội. 34 10. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG LÀM NGUỘI Xác định các thông số làm nguội Thông số vật liệu nhựa. Thông số vật liệu khuôn. Thông số chất lỏng làm nguội.