Luận văn: Ứng dụng CAD/CAM/CAE thiết kế khuôn ép nhựa cánh quạt tản nhiệt

Luận văn trình bày chi tiết quy trình ứng dụng CAD/CAM/CAE để thiết kế, chế tạo khuôn ép nhựa cho sản phẩm cánh quạt tản nhiệt máy tính.

• Tác giả: Nguyễn Mạnh Tiền
• Người hướng dẫn: PGS.TS Bùi Ngọc Tuyển
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Thiết Kế Khuôn Ép Nhựa Cánh Quạt Tản Nhiệt Với CAD/CAM/CAE
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về thiết kế khuôn ép nhựa cánh quạt tản nhiệt

Thiết kế khuôn ép nhựa cho cánh quạt tản nhiệt là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất linh kiện điện tử. Với sự phát triển của công nghệ CAD/CAM/CAE, việc thiết kế và sản xuất khuôn ép nhựa trở nên chính xác và hiệu quả hơn. Cánh quạt tản nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các máy tính, thiết bị điện tử để điều hòa nhiệt độ. Khuôn ép nhựa CAD cho phép các kỹ sư tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu khắt khe của thị trường. Quá trình thiết kế này đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật cơ khí, vật liệu nhựa và công nghệ gia công hiện đại.

1.1. Khái niệm khuôn ép nhựa và ứng dụng

Khuôn ép nhựa là công cụ sản xuất được sử dụng để tạo hình các sản phẩm nhựa thông qua quá trình ép nhiệt. Trong sản xuất cánh quạt tản nhiệt, khuôn ép nhựa đóng vai trò quan trọng nhất. Các ứng dụng của khuôn ép nhựa bao gồm sản xuất các bộ phận quạt tản nhiệt cho máy tính, máy chủ và các thiết bị điện tử khác. Việc thiết kế khuôn phải đảm bảo độ chính xác cao, giảm thiểu lỗi sản phẩm.

1.2. Tầm quan trọng của công nghệ CAD CAM CAE

Công nghệ CAD/CAM/CAE cách mạng hóa quy trình thiết kế và sản xuất khuôn ép. CAD cho phép thiết kế 3D chi tiết, CAM tối ưu hóa quá trình gia công, còn CAE giúp mô phỏng và phân tích lực, áp suất trong khuôn. Sử dụng những công nghệ này giúp giảm chi phí, rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm và nâng cao chất lượng cánh quạt tản nhiệt máy tính.

II. Quy trình thiết kế khuôn ép nhựa với CAD

Quy trình thiết kế khuôn ép nhựa bằng CAD bao gồm nhiều bước quan trọng từ khái niệm đến sản xuất. Đầu tiên, các kỹ sư phải phân tích yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm cánh quạt tản nhiệt. Tiếp theo là tạo mô hình 3D chi tiết của khuôn, bao gồm lòng khuôn trên, lòng khuôn dưới và các thành phần phụ trợ. Phần mềm CAD cho phép điều chỉnh kích thước, hình dáng một cách chính xác đến từng milimét. Sau đó, các bản vẽ kỹ thuật được xuất ra để chuẩn bị cho giai đoạn gia công CAM. Quá trình này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về đặc tính vật liệu nhựa ABS và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.1. Thiết kế lòng khuôn và các thành phần chính

Lòng khuôn trên và lòng khuôn dưới là hai thành phần quan trọng nhất trong khuôn ép nhựa. Thiết kế lòng khuôn phải sao cho sản phẩm có hình dáng đúng, độ mịn bề mặt cao. Các chi tiết như rãnh thoát khí, kênh cấp nhựa phải được tính toán kỹ lưỡng. Sử dụng CAD, các kỹ sư có thể tạo ra hình dáng phức tạp cho cánh quạt một cách dễ dàng.

2.2. Tối ưu hóa thiết kế thông qua phân tích CAE

Phân tích CAE giúp mô phỏng quá trình ép nhựa, kiểm tra áp suất, nhiệt độ trong khuôn. Bằng cách này, các lỗi tiềm ẩn có thể được phát hiện sớm. Áp suất ở cuối quá trình điền dẫy được tính toán để đảm bảo nhựa ABS đổ đầy hoàn toàn các chi tiết của cánh quạt. Phân tích này giúp tối ưu hóa chu kỳ ép, giảm chi phí sản xuất.

III. Quy trình gia công khuôn với CAM

Gia công CAM là bước tiếp theo sau khi thiết kế khuôn ép nhựa hoàn tất. Các máy CNC được lập trình dựa trên dữ liệu từ CAD để gia công chính xác các chi tiết khuôn. Quá trình gia công bao gồm gia công thô, gia công tình và hoàn thiện bề mặt. Đối với khuôn ép cánh quạt tản nhiệt, việc lựa chọn dao gia công, chế độ gia công, tốc độ quay và lượng tương đối quan trọng. Các bảng thông số gia công của nhựa ABS được sử dụng làm tham khảo. Máy phay CNC hiện đại có thể gia công với độ chính xác ±0,01mm, đáp ứng yêu cầu khắt khe của thiết kế. Các kiểu gia công như chạy xoắn ốc, chạy song song, chạy theo tia được lựa chọn tùy theo hình dáng chi tiết cần gia công.

3.1. Phương pháp gia công thô và gia công tình

Gia công thô là bước loại bỏ lượng vật liệu lớn một cách nhanh chóng. Gia công tình sau đó sẽ tạo ra bề mặt chính xác cuối cùng. Việc chọn dao phù hợp cho mỗi bước rất quan trọng. Các bảng thời gian gia công thô giúp dự báo thời gian hoàn thành. Chế độ gia công phải được điều chỉnh để đạt hiệu suất cao và chất lượng bề mặt tốt.

3.2. Lựa chọn kiểu chạy dao và tối ưu hóa quy trình

Kiểu chạy xoắn ốc thích hợp cho gia công các bề mặt cong. Kiểu chạy song song hiệu quả cho gia công các bề mặt phẳng. Kiểu chạy theo tia được sử dụng cho các chi tiết phức tạp. Mỗi kiểu chạy có ưu nhược điểm riêng. Đường chạy dao được tính toán để tối ưu hóa thời gian và chất lượng. Tối ưu hóa quy trình gia công giúp giảm thời gian sản xuất khuôn ép nhựa.

IV. Vật liệu và công nghệ hoàn thiện khuôn ép nhựa

Vật liệu thép SKD11 là lựa chọn phổ biến cho khuôn ép nhựa do tính chịu đựng cao, độ cứng tốt. Bảng thành phần % thép SKD11 cho biết thành phần hợp kim giúp nâng cao hiệu suất. Sau khi gia công, lòng khuôn trên và lòng khuôn dưới được hoàn thiện bề mặt để đạt độ mịn tối ưu. Lực kẹp khuôn phải được kiểm tra và điều chỉnh cho phù hợp với vật liệu nhựa ABS sử dụng. Quá trình hoàn thiện bao gồm đánh bóng, xử lý bề mặt chuyên biệt. Bộ khuôn hoàn chỉnh được lắp ráp và kiểm tra toàn bộ trước khi đưa vào sản xuất. Việc kiểm tra chất lượng khuôn ép nhựa đảm bảo sản phẩm cánh quạt tản nhiệt máy tính có chất lượng ổn định và đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế.

4.1. Chọn lựa vật liệu khuôn phù hợp

Thép SKD11 có độ bề mặt cao, khả năng chịu mài mòn tốt, phù hợp cho khuôn ép nhựa sử dụng lâu dài. Các loại nhựa khác nhau yêu cầu vật liệu khuôn khác nhau. Bảng thông số độ cứng và độ bền của các vật liệu giúp lựa chọn tối ưu. Đặc tính vật liệu khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ khuôn và chất lượng sản phẩm.

4.2. Kiểm tra tập hợp và kiểm định khuôn ép nhựa

Kiểm tra khuôn bao gồm kiểm tra kích thước, độ tiếp xúc giữa lòng khuôn trên và dưới. Lắp ráp bộ khuôn đòi hỏi độ chính xác cao, các chi tiết phải vừa khít. Kiểm định sản phẩm thử được thực hiện trước khi sản xuất hàng loạt. Lực kẹp khuôn được đo để đảm bảo không quá cao hoặc quá thấp, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOL NGUYÊN MẠNH TIỀN NGIIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGIIẸ, CAD/CAM/CAE THIẾT KẾ CHẺ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA. CÁNH QUẠT TÂN NHIỆT MÁY TÍNH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ HA NOT - 2017 BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOL NGUYÊN MẠNH TIỀN NGIIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGIIẸ, CAD/CAM/CAE THIẾT KẾ CHẺ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA. CÁNH QUẠT TÂN NHIỆT MÁY TÍNH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI NGỌC TUYỂN HÀ NỘI -2017 LOT CAM DOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong, luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bô trong bât kỳ công, trình nào khác Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đã đuợc chỉ rõ Hà Nội , Ngày.

Năm 2017 ‘Tao giá luận vẫn. NGUYÊN MẠNH TIỀN Hình 3.23:Áp suất ở cuối quá trình điền day Hình 3.24: Hiểu đồ thê hiện dường han Hình 3.25: Giao điện tool làm khuôn Hình 3.26: Gọi sân phẩm vào Hình 3.27: Tạo vỏ khuôn Hình 3.26: Lòng khuôn trên Hình 3.29: Lòng khuôn dưới Linh 3.30: Bộ khuôn hoàn chỉnh Hinh 4.1: Méy phay CNC Hình 4.2: Chon kiêu tệp tín Tinh 4.3: Dưa chỉ tiết vào môi trường gia công Hình 4.4: Chọn máy gia công Hình 4.5: Dịnh nghĩa phôi Ilinh 4.6: Chọn phương pháp gia công thõ Hình 4.7: Chọn chế độ gia công thô Hình 4.8: Chọn dao gia công thô Hình 4.9: Điều chỉnh kích trước dao Hình 4.10: Tạo dụng cụ gia công Hình 4. Thong sô bễ mặt gia công thô Hình 4.12: Thông số gia công kiếu chạy xoắn ốc Hình 4.13: Đường chạy dao kiểu xoắn ác Hình 4.14: HỆ mặt gia công thô kiểu xoắn Ốc Linh 4.15: Thông số gia công kiểu chạy song song Hình 4.16: Đường chạy dao kiểu song song 11ình 4.17: HỆ mặt gia công thô kiểu song song Hình 4.18: Thông số gia công kiểu chạy thao tia Hình 4,19; Đường chạy dao kiểu lia Tinh 4.20: Bê mặt gia công thô kiểu tia Hình 4.21: Chọn phương pháp gia công tình Hình 4.22: Chọn chế độ cẢi tình LỜI CẢM ƠN Trước hất, tác giâ bảy tô lỏng biết ơn sâu sắc tới thây giáo hướng đẫn khoa học PGS.TS BÙI ÑGỌC TUYỂN dã lậu tỉnh hướng dẫn. nghiêm khắc chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn, đã định hướng giải quyết các vấn đẻ khoa học cho luận văn.

Đông thời chữnh sửa cầu trúc luận văn, để luận văn hoàn thành đúng thời hạn Tác giả xin cảm ơn trường ĐH BÁẢCH KHOA HÀ NOI, VIEN DAO TAO SAU DẠI HỌC, VLšN CƠ KIIÍ, đã tạo điêu kiện giúp đố tác giá trong quá trinh làm luận văn. Tác giả bày lỏ lòng biết ơn các đồng nghiệp, đã góp ý kiến xây đựng để luận văn có chất lượng tốt nhất. DANH Mi Bang 1.1: Bang théng ké cée loai nhua Bang 1.2: Bang thang số độ bên của 1 số loại nhựa.3: Bằng thông số độ có ngói của Ì số loại nhựa Háng 1.4: Quy ninh thiết kế một bộ khuôn hoàn chính Bảng 2.1: Háng thông số kỹ thuật của máy Scan EinScan Pro Bảng 3.1: Bang thông xỗ gia công của nhựa ABS Bang 3.2: Bang thong số lực kẹp khuôn đồi voi mot sé vat liệu nhụya Bảng 4.1: Bằng thành phần % thép SKD11 Bảng 4.2: Bảng so sánh thời gian gia công thô Hình 4.23: Chọn dao gia công tinh Hinh 4.24: Điều chỉnh kích thước dao tỉnh Hình 4.25: Thông số bê mặt gia công tình Hình 42 : Thông sỐ gia công tỉnh kiểu chạy xoẩn ác Hình 4.27: Đường chạy dao tình kiều xoắn ốc Hình 4.28: Mô phông chạy tình kiểu xoằn Ốc Hình 4. Thong số gia công tình kiểu chạp song song 1lình 4.30: Lưởng chạy dao tỉnh kiểu song song Hình 4.31: Mê phỏng chạy tỉnh kiéu song song Hình 4.32: 1hông sỐ gia công tình kiểu chạy theo tia.33: Dường chạy dao tình kiểu tia Hình 4.33: Mô phông chạy tỉnh kiểu tia DANH Mi Bang 1.1: Bang théng ké cée loai nhua Bang 1.2: Bang thang số độ bên của 1 số loại nhựa.3: Bằng thông số độ có ngói của Ì số loại nhựa Háng 1.4: Quy ninh thiết kế một bộ khuôn hoàn chính Bảng 2.1: Háng thông số kỹ thuật của máy Scan EinScan Pro Bảng 3.1: Bang thông xỗ gia công của nhựa ABS Bang 3.2: Bang thong số lực kẹp khuôn đồi voi mot sé vat liệu nhụya Bảng 4.1: Bằng thành phần % thép SKD11 Bảng 4.2: Bảng so sánh thời gian gia công thô Hình 3.23:Áp suất ở cuối quá trình điền day Hình 3.24: Hiểu đồ thê hiện dường han Hình 3.25: Giao điện tool làm khuôn Hình 3.26: Gọi sân phẩm vào Hình 3.27: Tạo vỏ khuôn Hình 3.26: Lòng khuôn trên Hình 3.29: Lòng khuôn dưới Linh 3.30: Bộ khuôn hoàn chỉnh Hinh 4.1: Méy phay CNC Hình 4.2: Chon kiêu tệp tín Tinh 4.3: Dưa chỉ tiết vào môi trường gia công Hình 4.4: Chọn máy gia công Hình 4.5: Dịnh nghĩa phôi Ilinh 4.6: Chọn phương pháp gia công thõ Hình 4.7: Chọn chế độ gia công thô Hình 4.8: Chọn dao gia công thô Hình 4.9: Điều chỉnh kích trước dao Hình 4.10: Tạo dụng cụ gia công Hình 4.

Thong sô bễ mặt gia công thô Hình 4.12: Thông số gia công kiếu chạy xoắn ốc Hình 4.13: Đường chạy dao kiểu xoắn ác Hình 4.14: HỆ mặt gia công thô kiểu xoắn Ốc Linh 4.15: Thông số gia công kiểu chạy song song Hình 4.16: Đường chạy dao kiểu song song 11ình 4.17: HỆ mặt gia công thô kiểu song song Hình 4.18: Thông số gia công kiểu chạy thao tia Hình 4,19; Đường chạy dao kiểu lia Tinh 4.20: Bê mặt gia công thô kiểu tia Hình 4.21: Chọn phương pháp gia công tình Hình 4.22: Chọn chế độ cẢi tình Hình 4.23: Chọn dao gia công tinh Hinh 4.24: Điều chỉnh kích thước dao tỉnh Hình 4.25: Thông số bê mặt gia công tình Hình 42 : Thông sỐ gia công tỉnh kiểu chạy xoẩn ác Hình 4.27: Đường chạy dao tình kiều xoắn ốc Hình 4.28: Mô phông chạy tình kiểu xoằn Ốc Hình 4. Thong số gia công tình kiểu chạp song song 1lình 4.30: Lưởng chạy dao tỉnh kiểu song song Hình 4.31: Mê phỏng chạy tỉnh kiéu song song Hình 4.32: 1hông sỐ gia công tình kiểu chạy theo tia.33: Dường chạy dao tình kiểu tia Hình 4.33: Mô phông chạy tỉnh kiểu tia Hình 2.10 : Nhập đữ liệu vào phân mỗm Hình 2.11 : Tạo các nhóm đổi tượng Hình 3.12 : Tao sketch bién dang cénh Hình 2.13 : Thiết kế trục trụ của ch tiết Hình 2.14 : Nhân cảnh cho chỉ tiết Hình 3.15 : Hoàn thiện chỉ ét Hình 2.16 ; Kiểm tra dộ chính xác và sai số chỉ tiết 1lình 2.17 : lioàn thiện chỉ Hết Hình 3.1: Trình tự thiết kê khuân cho sản phẩm nhựa Hinh 3.2: Sơ đồ bố trí kênh nhựa 1Rình 3. Sơ đã các bước chỗ tạo khuôn mẫu cổ điễn Hình 3. Sơ đã các bước chế tạo khuôn mẫu có sự giúp đỡ của CAE Hình 3.5: Giao diện của phần mẫm: Tình 3.6: Chỉ tiét sau khi dwoc Import vaa phan mém Hình 3.7: Đi lượng sau khi được chia heoi Hình 3.8: Sau khi chọn phương án ép phưn Hình 3.9: Biếu đồ phân tích vị trí đặt miệng phhm tôi ưu Hirth 3.10: Vii tri dit migng phon ti un Hình 3.11: Thời gian diễn dây tỗi ưu Hình 3.12: Áp suất phun lớn nhất Hình 3.13: Nhiệt độ trên bê mặt chỉ tiết Hình 3.14: Nhiệt độ toàn bộ thể tích 1Tình 3.15: Tốc độ biến dang của chỉ tiết Hình 3,16: Áp suất ở dầu miệng phun Linh 3.17: Thoi gian dat tới nhiệt độ phun Hình 3.18: Đi thị %4 thế tích vật liệu được điền đây Hình 3.19; VỊ trì diễm rổ khí link 3.20: Nh†ệt độ ở cuối quá bình điền day Hình 3.21: Biểu để lực kẹp khuôn Hình 3.22: Áp xuất trong suối quá trình diễn dây DANH Mi Bang 1.1: Bang théng ké cée loai nhua Bang 1.2: Bang thang số độ bên của 1 số loại nhựa.3: Bằng thông số độ có ngói của Ì số loại nhựa Háng 1.4: Quy ninh thiết kế một bộ khuôn hoàn chính Bảng 2.1: Háng thông số kỹ thuật của máy Scan EinScan Pro Bảng 3.1: Bang thông xỗ gia công của nhựa ABS Bang 3.2: Bang thong số lực kẹp khuôn đồi voi mot sé vat liệu nhụya Bảng 4.1: Bằng thành phần % thép SKD11 Bảng 4.2: Bảng so sánh thời gian gia công thô Hình 2.10 : Nhập đữ liệu vào phân mỗm Hình 2.11 : Tạo các nhóm đổi tượng Hình 3.12 : Tao sketch bién dang cénh Hình 2.13 : Thiết kế trục trụ của ch tiết Hình 2.14 : Nhân cảnh cho chỉ tiết Hình 3.15 : Hoàn thiện chỉ ét Hình 2.16 ; Kiểm tra dộ chính xác và sai số chỉ tiết 1lình 2.17 : lioàn thiện chỉ Hết Hình 3.1: Trình tự thiết kê khuân cho sản phẩm nhựa Hinh 3.2: Sơ đồ bố trí kênh nhựa 1Rình 3.

Sơ đã các bước chỗ tạo khuôn mẫu cổ điễn Hình 3. Sơ đã các bước chế tạo khuôn mẫu có sự giúp đỡ của CAE Hình 3.5: Giao diện của phần mẫm: Tình 3.6: Chỉ tiét sau khi dwoc Import vaa phan mém Hình 3.7: Đi lượng sau khi được chia heoi Hình 3.8: Sau khi chọn phương án ép phưn Hình 3.9: Biếu đồ phân tích vị trí đặt miệng phhm tôi ưu Hirth 3.10: Vii tri dit migng phon ti un Hình 3.11: Thời gian diễn dây tỗi ưu Hình 3.12: Áp suất phun lớn nhất Hình 3.13: Nhiệt độ trên bê mặt chỉ tiết Hình 3.14: Nhiệt độ toàn bộ thể tích 1Tình 3.15: Tốc độ biến dang của chỉ tiết Hình 3,16: Áp suất ở dầu miệng phun Linh 3.17: Thoi gian dat tới nhiệt độ phun Hình 3.18: Đi thị %4 thế tích vật liệu được điền đây Hình 3.19; VỊ trì diễm rổ khí link 3.20: Nh†ệt độ ở cuối quá bình điền day Hình 3.21: Biểu để lực kẹp khuôn Hình 3.22: Áp xuất trong suối quá trình diễn dây LỜI CẢM ƠN Trước hất, tác giâ bảy tô lỏng biết ơn sâu sắc tới thây giáo hướng đẫn khoa học PGS.TS BÙI ÑGỌC TUYỂN dã lậu tỉnh hướng dẫn. nghiêm khắc chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn, đã định hướng giải quyết các vấn đẻ khoa học cho luận văn. Đông thời chữnh sửa cầu trúc luận văn, để luận văn hoàn thành đúng thời hạn Tác giả xin cảm ơn trường ĐH BÁẢCH KHOA HÀ NOI, VIEN DAO TAO SAU DẠI HỌC, VLšN CƠ KIIÍ, đã tạo điêu kiện giúp đố tác giá trong quá trinh làm luận văn.

Tác giả bày lỏ lòng biết ơn các đồng nghiệp, đã góp ý kiến xây đựng để luận văn có chất lượng tốt nhất. MỤC LỤC LOGI CAM DOAN. ¬ tos tie testis sersnns it rieerssueetssseseed ĐANH MỤC CÁC BẰNG BIẾU:. 3 ĐANH MỤC CAC HỈNH Vì L Tỉnh cấp thiết của đề tài 2.

Mục tiên của để tài.