MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết đề tài 1. Tình hình thế giới Trong thế giới hiện nay, rất nhiều loại sản phẩm nhựa được sử dụng trong cuộc sống. Ép phun là một phần quan trọng của ngành nhựa, tiêu thụ một tỷ lệ lớn tổng số lượng nhựa.
Ép phun nhựa là một quá trình linh hoạt để tạo ra sản phẩm chất lượng cao từ nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn bằng cách sử dụng nhiệt và áp suất. Để tạo ra sản phẩm nhựa có chất lượng tốt hơn, thiết kế khuôn phun ép nhựa, đặt biệt thiết kế tấm khuôn âm và khuôn dương là rất quan trọng trong các khía cạnh kinh tế của các doanh nghiệp, một sản phẩm có chất lượng tốt hơn sẽ tiết kiệm được chi phí đây là điều quan trọng nhất trong thị trường cạnh tranh ngày nay. Hệ thống làm mát cho khuôn ép nhựa đóng vai trò rất quan trọng trong tổng thể thời gian chu kì sản suất của quá trình ép phun. Thời gian làm mát có ý nghĩa quan trong trong quá trình ép phun vì chiếm khoảng một nửa trong quá trình này.
Ngoài ra, quá trình làm nguội còn ảnh hưởng đến chất lượng cuả chi tiết ép, nếu hệ thống làm mát làm nguội chi tiệt một cách đồng đều thì độ cong vênh, ứng suất dư cũng giảm đi và chất lượng chi tiết tăng lên. Vì vậy có thể nói hệ thống làm mát đóng một vai trò cực kì quan trọng. Theo thông thường hệ thống làm mát sẽ chế tạo bằng cách khoang lỗ trong khuôn. Tuy nhiên, với các sản phẩm có hình dáng phức tạp với hệ thống thông thường thì khó có thể làm nguội một cách đồng đều bề mặt chi tiết ép.
Hiện nay, công nghệ in 3D kim loại mang đến tiềm năng cho việc chế tạo các kênh làm mát bám theo hình dạng của chi tiết để tăng cường hiệu quả làm nguội và chất lượng của chi tiết ép. 1 0 Close mold 35 1 33 Open & eject part Fill 5 Pack Part and cooling hold 15 Hình 1.1: Chu trình của quá trình ép phun Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy hệ thống làm mát bám theo bề mặt chi tiết tốt hơn so với hệ thống kênh làm mát truyền thống bằng phương pháp khoan lỗ thẳng áp dụng cho trường hợp chi tiết đúc phức tạp. Ưu điểm của kênh làm mát bám theo bề mặt chi tiết là giảm được thời gian làm nguội và giảm độ cong vênh của chi tiết do co rút và biến dạng nhiệt.G và cộng sự đã chế tạo khuôn bằng phương pháp in 3D nung chảy bằng laser áp dụng cho chi tiết cánh quạt điện và đã kết luận rằng thời gian làm nguội có thể giảm xấp xỉ 35%. Việc giảm thời gian làm mát dẫn đến giảm được thời gian chu kỳ và tăng năng suất quá trình đúc, giảm giá thành sản xuất sản phẩm.
Mặc dù hệ thống làm mát bám theo bề mặt chi tiết được cho là tốt hơn so với hệ thống làm mát truyền thống về mặt hiệu năng và độ đồng đều trong sự phân bố nhiệt độ bề mặt khuôn, tuy nhiên, hệ thống làm mát này chỉ phát huy tối đa hiệu quả của nó khi được thiết kế tối ưu. Một số tác giả đã nghiên cứu về tối ưu hệ thống làm mát bám theo bề mặt của chi tiết, tuy nhiên, làm thế nào để thiết kết được một hệ thống làm mát tốt nhất chưa được nghiên cứu một cách kỹ lưỡng. Jahan và El-Mounayri, Wu và các cộng sự đã nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa các thông số của kênh làm mát thông qua một ví dụ cho một chi tiết đơn giản có hình trụ trong đó sử dụng phương pháp mô phỏng số và quy hoạch thực nghiệm. Nhiều 2 nghiên cứu khác đã phát triển các phương pháp tối ưu hệ thống làm mát bám theo bề mặt chi tiết đúc nhằm nâng cao hiệu quả làm mát, tuy nhiên các nghiên cứu này thường chỉ bó hẹp cho các nghiên cứu tình huống mà hệ thống tương đối đơn giản.
Khi chi tiết đúc phức tạp, đòi hỏi hệ thống làm mát phức tạp hơn và quá trình tối ưu hóa cũng khó hơn. Làm thế nào để tối đa hóa hiệu năng của hệ thống làm mát bám theo bề mặt chi tiết là một nghiên cứu có ý nghĩa bởi vì hiện nay công nghệ in 3D kim loại có giá thành còn khá cao và không phải kim loại nào cũng có thể in được. Nhóm nhiên cứu của chúng tôi đã bắt đầu một số nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống làm mát bám theo bề mặt cong của sản phẩm áp dụng cho một sản phẩm nhựa trong ô- tô.Kết quả cho thấy thời gian làm nguội giảm được 23%, trong khi đích cần đạt được để minh chứng cho hiệu quả của hệ thống làm mát bám theo bề mặt của sản phẩm đúc phải đạt được từ 50% trở lên. Về nguyên tắc lý thuyết cũng như thực tiễn cho thấy hiệu quả của hệ thống làm mát bám theo bề mặt chi tiết so với kênh làm mát truyền thống phụ thuộc vào độ phức tạp của chi tiết và kỹ thuật thiết kế tối ưu.
Nghiên cứu này giới thiệu hệ thống kênh làm mát theo đường cong bám theo bề mặt của lòng khuôn được chế tạo bằng phương pháp in 3D kim loại. Phương pháp tính toán thiết kế hệ thống làm mát tối ưu cả về hiệu năng cũng như đảm bảo tính công nghệ trong kết cấu đối với phương pháp in 3D được giới thiệu thông qua một ví dụ minh họa của cho một sản phẩm nhựa có hình dáng tương đối phức tạp. Tình hình trong nước Hiện nay, công nghệ ép phun ở Việt Nam phát triển khá mạnh mẽ có nhiều nhà máy và công nghệ ép phun hiện đại. Tuy nhiên, phần lớn các phương pháp giải nhiệt cho khuôn phun ép chủ yếu có hình trụ thẳng, được gia công bằng phương pháp khoan sâu.
Đối với các hệ thống giải nhiệt này các khuôn chỉ có thể đáp ứng sản suất các sản phẩm có chất lượng thông thường. Trong những năm gần đây, công nghệ in 3D đã bắt dầu phát triển tại Việt Nam, đây là một công nghệ mang tính cách mạng và gây ra sự thay đổi mới lớn trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, tại thời điểm hiện tại, công nghệ in 3D ở Việt Nam chủ yếu dừng lại ở mức độ tạo mẫu và sản xuất các sản phẩm nhựa. Để đạt được độ chính xác cao, việc sở hữu và vận hành các thiết bị công nghệ in 3D vẫn đòi hỏi một chi phí đáng kể.
Phạm Sơn Minh đã đề xuất một cách tiếp cận mới trong việc gia công hệ thống giải nhiệt 3D bằng cách kết hợp các công nghệ phổ biến khác như hàn đắp, biến dạng cục bộ kim loại tấm và công nghệ phay CNC. Mục tiêu của đề xuất này thay thế công nghệ in 3D kim loại, đồng thời vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm. Dựa trên ý kiến này, nhóm đồ án đã liên hệ thầy PGS. Phạm Sơn Minh thực hiện đồ án “THỰC NGHIỆM QUI TRÌNH IN 3D KIM LOẠI TRONG CHẾ TẠO TẤM KHUÔN ÂM CHO SẢN PHẨM NHỰA”, với sự hướng dẫn của thầy TS.
Trần Minh Thế Uyên, nhằm cung cấp một qui trình gia công hệ thống giải nhiệt 3D. Ý nghĩa đề tài Với sự phát triển mạnh mẽ trong nghành sản xuất. Khuôn phun ép nhựa là một bộ phận quan trọng trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa. Do đó nhóm chúng em đã thực hiện đồ án với ứng dụng công nghệ in 3D nhằm thúc đẩy nghiên cứu, phát triển vào lĩnh vực mạnh của Việt Nam hiện nay là công nghệ ép phun nhựa để: - Chất lượng sản phẩm: Khuôn phun ép nhựa cho phép tạo ra các sản phẩm nhựa với độ chính xác cao, giảm độ cong vênh và ứng suất dư.
- Tiết kiệm nguyên liệu: giảm thiểu được các phế phẩm sau khi ép. - Tăng năng suất sản xuất: việc giảm thời gian làm nguội để tạo nhiều sản phẩm hơn, tăng năng suất và giảm chi phí lao động. - Tính kinh tế: Giảm thiểu đáng kể chi phí gia công từ các thiết bị từ nước ngoài đắt đỏ. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và phân tích hệ thống giải nhiệt 3D trong khuôn ép nhựa.
- Thiết kế sản phẩm và bộ khuôn đúc ép nhựa với các phần mềm hỗ trợ. - Chế tạo khuôn ép nhựa cho sản phẩm với hệ thống giải nhiệt 3D. - Nhận sản phẩm thiết kế phù hợp. - Tham khảo tài liệu về khuôn ép nhựa, kiến thức theo thời gian đã được tích lũy.
- Tài liệu tham khảo được thu thập qua sách vở, giáo trình, các nghiên cứu và Internet. 4 - Sử dụng phần mềm PTC Creo Parametric 10.0, Inventor để thiết kế sản phẩm, thiết kế bộ khuôn cho sản phẩm. - Sử dụng phần mềm Moldex3D để phân tích nhiệt độ hệ thống giải nhiệt 3D, mô phỏng ép nhựa. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi không gian: giải quyết vấn đề về phương pháp gia công, cũng như thay đổi phương pháp gia công, giúp phát triển về công nghệ in 3D cho khuôn phun ép nhựa, Chuyển đổi từ phương pháp giải nhiệt thông thường sang giải nhiệt 3D giúp giảm thời gian làm nguội sản phẩm, tăng chất lương của sản phẩm từ đó có hiệu quả về kinh tế.
Chính vì thế nội dung chính của đồ án sẽ tập trung về thiết kế kênh giải nhiệt 3D cho tấm khuôn âm, thiết kế chi tiết ép, phân tích nhiệt độ làm nguội, mô phỏng ép phun. - Phạm vi thời gian: Đồ án tốt nghiệp bắt đầu thực hiện từ 1/10/2023 đến 8/3/2024. Kết cấu đồ án tốt nghiệp - Chương 1: Giới thiệu - Chương 2: cơ sở lý thuyết - Chương 3: Hệ thống in 3D kim loại - Chương 4: Nghiên cứu thiết kế khuôn âm cho khuôn CAX5 - Chương 5: Nghiên cứu chế tạo kênh giải nhiệt 3D cho tấm khuôn âm - Chương 6: Thực nghiệm quá trình in 3D kim loại - Chương 7: Gia công hoàn thiện khuôn âm cho tấm CAX5 - Chương 8: Nghiên cứu đánh giá tính hiệu quả giải nhiệt bằng kênh dẫn 3D cho sản phẩm tấm CAX5 - Chương 9: Kết luận 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Công nghệ phay CNC 3 trục 2.
Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số (máy CNC) 2. Tổng quan Ở các máy cắt thông thường, việc điều khiển và thay đổi tốc độ thường được thực hiện thủ công, gây tốn thời gian và không tối ưu hóa hiệu suất. Để giảm thời gian và tự động hóa quy trình, sản xuất hàng loạt lớn thường sử dụng máy tự động với các phương pháp như sử dụng mẫu sao chép và cam trên trục phân phối. Máy công cụ điều khiển số (máy NC) là máy tự động điều khiển các hoạt động dựa trên các lệnh dữ liệu.