TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Ngành công nghiệp nhựa đang ngày càng trở nên quan trọng trong sản xuất và đời sống, với sự phát minh ra hạt nhựa PET được xem là cuộc cách mạng trong công nghệ chế tạo bao bì Hạt nhựa PET đặc biệt phổ biến trong ngành đóng hộp thức uống, thực phẩm, dược phẩm và nông dược, thay thế cho các vật liệu truyền thống như kim loại, thủy tinh và giấy Trên toàn cầu, tiêu thụ chai PET tăng trưởng 15% mỗi năm, trong khi ở Việt Nam, mức tăng trưởng này còn cao hơn nhiều.
Chai nhựa ngày càng trở nên phổ biến và là một phần thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã mang lại sự đa dạng cho các sản phẩm chai nhựa, đồng thời công nghệ sản xuất cũng ngày càng hiện đại và tinh vi Công nghệ sản xuất chai nhựa bằng khuôn thổi hiện đang được sử dụng rộng rãi, tạo ra nhiều lợi ích và triển vọng cho ngành thiết kế và gia công khuôn thổi trong tương lai.
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh là một trong những trường đại học hàng đầu tại miền Nam và cả nước, nổi bật với hệ thống máy CNC hiện đại Những thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong công nghệ gia công khuôn mẫu, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu tại trường.
Chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế, phân tích, gia công khuôn thổi chai PET 500ml” cho đồ án tốt nghiệp, nhằm tận dụng những lợi thế mà đề tài này mang lại.
Tình hình nghiên cứu công nghệ thiết kế, gia công, chế tạo khuôn thổi
Từ đầu thế kỷ XX, Polystyren và Cellulose acetate đã được ứng dụng trong công nghệ thổi thủy tinh, nhưng chi phí cao và hiệu quả thấp đã hạn chế sự phát triển của chúng Sự xuất hiện của Polyethylene terephthalate (PET) cùng với công nghệ CAD/CAM/CNC đã tạo ra sự tiến bộ vượt bậc trong ngành công nghiệp này.
2 sản xuất, thiết kế và chế tạo khuôn mẫu chai nhựa PET thay thể chai thủy tinh góp phần đáp ứng nhu cầu sử dụng của thị trường
Tuy chai PET đã xuất hiện từ những năm 1970, nhưng chỉ đến thập niên 1990, công nghệ thiết kế và gia công khuôn thổi mới thực sự phát triển mạnh mẽ ở các nước tiên tiến, đánh dấu bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất nhựa Gần đây, tại Việt Nam, công nghệ CAD/CAM_CNC ngày càng được chú trọng, với việc đầu tư vào trang thiết bị số hóa công nghệ cao và phần mềm thiết kế 3D, nhằm nâng cao năng suất, tiết kiệm chi phí và thời gian trong sản xuất.
Ngày nay, sự phát triển của máy tính và phần mềm hỗ trợ đã thúc đẩy công nghệ thiết kế, phân tích và chế tạo khuôn thổi, được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả sản xuất và giáo dục đại học Công nghệ này giúp phát triển nhanh sản phẩm, cải tiến và tối ưu hóa thành phẩm nhờ vào sự hỗ trợ của máy móc hiện đại.
Kết quả dự kiến đạt được
Nắm được các lệnh thiết kế và tách khuôn sản phẩm bằng phần mềm PTC Creo Parametric 3.0
Mô phỏng được quá trình điển đầy khuôn bằng phần mềm Ansys 15.0
Thiết kế và lắp ráp hoàn chỉnh kết cấu bộ khuôn bằng phần mềm PTC Creo Parametric 3.0
Gia công các tấm khuôn bằng máy CNC.
Giới hạn đề tài
Phần mềm Ansys 15.0 chưa thể mô phỏng đầy đủ quá trình điền nhựa lỏng vào lòng khuôn, đặc biệt đối với các chi tiết nhỏ như logo của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật trên thân chai.
Gia công chưa thực sự tinh xảo các đường nét thiết kế của Logo trên thân chai do giới hạn kích thước dao của máy CNC
Sản phẩm tạo ra chưa thực sự hoàn mỹ do giới hạn về điều kiện thiết bị.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu lý thuyết thông qua các tài liệu
Phương pháp phân tích lý thuyết
Phương pháp quan sát thực nghiệm
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phương pháp thổi
2.1.1 Tổng quan về phương pháp thổi:
Phương pháp thổi là kỹ thuật sử dụng khí nén để thổi vào phôi nhựa dẻo, giúp ép nhựa lên bề mặt khuôn Phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các chi tiết và sản phẩm bằng nhựa có thành mỏng, như chai, lọ và thùng chứa.
Những loại được sản xuất để dùng cho ngành thực phẩm và dược phẩm thì đòi hỏi rất cao về chất lượng
Phương pháp thổi có thể chia thành 2 bước:
Bước thứ nhất: là tạo ra một ống nhựa dẻo, hay thường gọi là parison
Bước thứ hai: là thổi khí nén vào để ép nhựa dẻo lên bề mặt trong của khuôn để tạo thành hình dáng theo mong muốn
Tùy thuộc vào loại vật liệu nhựa gia công, có ba phương pháp thổi chính là phương pháp đùn-thổi, phương pháp ép-thổi và phương pháp kéo-thổi.
Công nghệ đùn thổi (Blowing injection technology) là phương pháp sản xuất màng bao bì từ các loại vật liệu như PE, PP và PVC Công nghệ này chủ yếu được ứng dụng trong việc sản xuất túi và màng, mang lại hiệu quả cao trong ngành công nghiệp bao bì.
Máy thổi cải tiến tại Việt Nam được sử dụng để sản xuất túi xốp từ nhiều loại nguyên liệu như PE, PP, OPP và BOPP thông qua quy trình cán kéo hai chiều và bốn chiều Nhiều doanh nghiệp trong ngành nhựa hiện nay áp dụng công nghệ đùn thổi với thiết bị nhập khẩu từ nước ngoài, tạo ra nhiều thế hệ sản phẩm bao bì nhựa Ngoài ra, công nghệ đùn-thổi cũng góp phần phát triển bao bì dạng chai nhựa tiên tiến như PET và PEN, cùng với các sản phẩm như thùng phuy.
Sử dụng được cho hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn
Chi phí đầu tạo hình thấp so với phương pháp ép thổi
Trên nguyên tắc phôi đùn có thể có chiều dài không hạn chế
Chi phí hoàn tất cao
Chi phí máy đùn cao
Phế liệu cho khâu hoàn tất nhiều
Đầu tạo hình có lập trình thay đổi tiết diện chảy phức tạp, do đó giới hạn đối với phôi đùn có tiết diện thay đổi
Nhựa nóng chảy được đẩy qua một khe tạo hình vành khuyên, thường bố trí thẳng đứng, để tạo thành một ống thành mỏng
Không khí được đưa vào qua lỗ hổng ở giữa khuôn để thổi phồng ống, trong khi một vòng không khí tốc độ cao phía trên khuôn giúp làm nguội màng phim nóng Sau đó, ống màng tiếp tục được làm lạnh cho đến khi đi qua con lăn, nơi nó được dẹp lại để tạo thành màng đôi Màng đôi này được đưa ra khỏi tháp đùn qua hệ thống con lăn và có thể được để nguyên hoặc cắt thành hai màng riêng biệt, sau đó cuộn lại thành ống.
Màng đôi được sử dụng để sản xuất túi bằng cách hàn kín theo chiều rộng và sau đó cắt hoặc khoét để tạo thành từng túi Quy trình này có thể được thực hiện đồng thời hoặc sau khi thổi màng.
Tỷ lệ giữa khuôn và ống màng thổi thường dao động từ 1,5 đến 4 lần so với đường kính khuôn Mức độ kéo căng của màng trong quá trình chuyển từ trạng thái nóng chảy sang nguội có thể được điều chỉnh dễ dàng bằng cách thay đổi thể tích không khí bên trong ống và điều chỉnh tốc độ kéo.
5 Điều này giúp cho màng thổi ổn định hơn về tính chất so với màng đúc hay đùn truyền thống chỉ có kéo căng dọc theo chiều đùn
Hình 2.1: Quy trình đùn-thổi màng trong sản xuất túi nylon
Hình 2.2: Quy trình tạo chai bằng phương pháp đùn thổi
Phương pháp ép-thổi là kỹ thuật sản xuất trong đó nhựa lỏng được ép phun vào khuôn để tạo ra phôi có dạng ống nghiệm, gọi là preform Sau khi preform được tạo ra và còn nóng, lõi sẽ được chuyển đến khuôn thổi Tại đây, khí nén được thổi qua lõi, làm biến dạng preform và tạo hình theo khuôn thổi.
Hình 2.4: Phương pháp ép-thổi sử dụng preform
Vùng cổ chai được định hình rất tốt.
Đáy chai không có đường hàn
Chi phí thiết bị cao
Sản xuất chai có thể tích lớn hơn 500ml không mang lại hiệu quả kinh tế, trong khi đó, đối với các chai có thể tích nhỏ hơn 250ml, phương pháp sản xuất này lại tỏ ra hiệu quả hơn so với phương pháp đùn thổi.
Không thích hợp cho các chai lọ có dạng thật phẳng hoặc có tay cầm
Phương pháp ép-thổi là kỹ thuật phổ biến trong việc sản xuất chai lọ cho ngành dược và mỹ phẩm Những chai lọ này thường có kích thước nhỏ và yêu cầu xác định chính xác kích thước cổ chai để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Vật liệu thường được gia công bằng phương pháp ép thổi là PE, PP VÀ PS
So với phương pháp đùn-thổi, phương pháp ép-thổi có năng suất thấp hơn do chu trình tạo sản phẩm dài hơn và cần thêm khâu chế tạo phôi ống Điều này lý giải tại sao phương pháp ép-thổi ít được sử dụng trong sản xuất Phương pháp này thường được áp dụng để tạo ra các chai PET tinh khiết với thành rất mỏng.
Thao tác đơn giản và linh hoạt hơn Thao tác phức tạp và ít linh hoạt
Phế liệu nhiều hơn Ít phế liệu
Có khả năng tạo sản phẩm lớn hơn Kích thước của sản phẩm bị giới hạn Chu kỳ ngắn, giá thành thấp Chu kỳ dài hơn, giá thành cao
Chiều dày sản phẩm không đồng đều, tính quang học thấp
Chiều dày đồng đều hơn
Có mức độ tinh thể cao
Cơ tính của sản phẩm tốt
Có mức độ tinh thể thấp
Cơ tính của sản phẩm rất tốt
Bảng 2.1: So sánh giữa công nghệ đùn-thổi và ép-thổi
Phương pháp kéo-thổi là một kỹ thuật thổi định hướng hai chiều, cho phép sản phẩm được định hình theo cả chiều ngang và chiều dọc Nhờ vào sự định hướng này, độ bền kéo, độ bền va đập, độ rão giảm và khả năng chống thấm khí, hơi nước của sản phẩm được cải thiện đáng kể.
Loại nhựa thường được gia công bằng phương pháp này là PET, PP Ngoài ra còn có PVC, copolime của acrilonitril, và 1 số polyester nhiệt dẻo khác
Có 2 phương pháp kéo-thổi: kéo thổi 1 giai đoạn và 2 giai đoạn
Trong phương pháp 1 giai đoạn, các công đoạn tạo phôi được thực hiện đồng thời bằng cách sử dụng thiết bị ép phun, ổn định nhiệt và thổi.
Hình 2.5: Phương pháp kéo-thổi 1 giai đoạn
Phương pháp 2 giai đoạn cho phép thực hiện các công đoạn tạo phôi, ổn định nhiệt và thổi trên các thiết bị riêng biệt, từ đó nâng cao năng suất sản xuất.
Các loại vật liệu nhựa
2.2.1 Một số khái niệm cơ bản:
Polymer là hợp chất cao phân tử, trong đó các phân tử được cấu thành từ những nhóm nguyên tử liên kết với nhau qua các liên kết hóa học và có sự lặp lại theo chu kỳ.
Nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn: o Nhựa nhiệt dẻo:
Là polymer có khả năng lập lại nhiều lần quá trình chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt và trở nên cứng (định hình) khi được làm nguội
Trong quá trình tác dụng nhiệt, nhựa nhiệt dẻo chỉ thay đổi tính chất vật lý, không xảy ra phản ứng hóa học
Có khả năng tái sinh nhiều lần
Polymer là vật liệu có khả năng biến đổi cấu trúc thành dạng 3 chiều khi chịu tác động của nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác hoặc chất đóng rắn, và sau quá trình này, nó sẽ không còn khả năng nóng chảy khi được gia nhiệt.
Không có khả năng tái sinh các loại phế phẩm, phế liệu hoặc các sản phẩm đã qua sử dụng
Polymers có thể được chia thành hai loại chính: polymer kết tinh và polymer vô định hình Polymer kết tinh là loại vật liệu có các chuỗi mạch được sắp xếp gần gũi theo một trật tự nhất định, thường xuất hiện ở trạng thái đục mờ Ngược lại, polymer vô định hình không có cấu trúc sắp xếp rõ ràng, dẫn đến tính chất khác biệt so với polymer kết tinh.
Là loại vật liệu polymer có các chuỗi mạch không sắp xếp theo một trật tự nhất định nào
Có độ trong suốt cao
2.2.2 Một số tính chất cơ học và vật lý của nhựa
Tính chất vật lý: o Tỷ trọng nhựa:
Vật liệu nhựa tương đối nhẹ, tỷ trọng dao động từ 0,9 - 2
Tỷ trọng nhựa phụ thuộc vào độ kết tinh: độ kết tinh cao thì tỷ trọng cao o Chỉ số nóng chảy (MI):
Chỉ số nóng chảy là trị số quan trọng thể hiện tính lưu động của vật liệu nhựa trong quá trình gia công Một chỉ số nóng chảy cao cho thấy nhựa có tính lưu động tốt, giúp việc gia công trở nên dễ dàng hơn.
Phương pháp thử nghiệm chỉ số chảy của nhựa bao gồm việc đặt một lượng hạt nhựa nhất định vào dụng cụ có miệng chảy 2,1 mm, ở nhiệt độ và áp suất quy định trong 10 phút Lượng nhựa chảy ra từ miệng dụng cụ sẽ xác định chỉ số chảy, theo tiêu chuẩn ASTM D 1238 Bên cạnh đó, độ hút ẩm của nhựa được đo bằng mức hấp thụ nước của vật liệu này.
Để đo mức hấp thụ nước của nhựa, trước tiên cần lấy một mẫu nhựa đã được sấy khô và cân trọng lượng ban đầu Sau đó, ngâm mẫu nhựa này vào nước trong 24 giờ, rồi lấy ra và cân lại Tỉ lệ phần trăm gia tăng trọng lượng sẽ cho biết mức độ hấp thụ nước của mẫu nhựa.
Nhựa có nhóm phân cực: độ hấp thụ nước cao
Nhựa có nhóm không phân cực: độ hấp thụ nước thấp
Độ hút ẩm thấp là yếu tố quan trọng, giúp duy trì tính chất cơ lý và ổn định kích thước sản phẩm, trong khi nước hấp thụ có thể làm giảm hiệu suất của nhựa.
Độ co rút của nhựa được xác định là tỷ lệ phần trăm chênh lệch giữa kích thước sản phẩm sau khi đã lấy ra khỏi khuôn và ổn định so với kích thước của khuôn.
Độ co rút của nhựa kết tinh lớn hơn nhiều so với độ co rút của nhựa vô định hình o Tính cách điện:
Đa số các loại nhựa cách điện tốt được sử dụng trong các thiết bị điện gia dụng, thiết bị viễn thông, vô tuyến truyền hình và các thiết bị cao tần Để xác định tính cách điện, cần thực hiện thử nghiệm điện thế xuyên thủng qua tấm vật liệu nhựa có độ dày tính bằng mm (KV/mm) ở nhiệt độ 20°C.
Đa số các loại nhựa có độ truyền nhiệt thấp nên cách nhiệt tốt o Tính chất cơ học:
Những tính năng cơ học của nhựa ảnh hưởng tới độ bền sản phẩm o Độ bền kéo:
Là sức chịu đựng của vật liệu khi bị kéo về một phía, biểu thị bằng đơn vị lực trên một đơn vị diện tích
Đơn vị đo: KG/𝑐𝑚 2 hoặc N/𝑐𝑚 2
Chỉ số cường độ kéo càng lớn tức vật liệu có độ bền kéo càng cao o Độ dãn dài:
Là tỉ lệ giữa độ dài khi lực kéo tăng đến điểm đứt trên độ dài ban đầu, biểu thị bằng %
Vật liệu có độ dãn dài lớn, độ bền kéo lớn thì có độ dẻo lớn hơn vật liệu có độ bền kéo lớn mà độ dãn dài nhỏ
Biểu thị khả năng chống lại tác dụng của một vật rắn để không bị nứt, vỡ hoặc sứt mẻ bề mặt
Thiết bị đo độ cứng: Đồng hồ Shore A,D, thiết bị Rockwell, Brinene o Độ chịu va đập:
Biểu thị khả năng chống lại một tải trọng rơi xuống, va đập vào sản phẩm mà không làm nứt vỡ sản phẩm
Để xác định độ chịu va đập, sử dụng thiết bị với một quả cân rơi từ độ cao nhất định xuống sản phẩm đã được cố định Bên cạnh đó, cần đánh giá độ chịu mài mòn của sản phẩm để đảm bảo chất lượng và độ bền.
Biểu thị khả năng chống lại tác dụng bào mòn của lực làm hao mòn vật liệu, biểu thị bằng %
Nhựa dùng làm bao bì thực phẩm là loại nhựa nhiệt dẻo, có khả năng mềm dẻo khi nhiệt độ cao và trở lại trạng thái ban đầu khi nhiệt độ giảm Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại bao bì nhựa phổ biến được sử dụng.
PE, PP, PVC, PC, PET
Polyethylene terephthalate (được gọi là PET, PETE hoặc PETP hoặc PET-
P) là nhựa nhiệt dẻo, thuộc loại nhựa polyester và được dùng trong tổng hợp xơ sợi, vật đựng đồ uống, thức ăn và các loại chất lỏng; có thể ép-phun để tạo hình; và trong kỹ nghệ thường kết hợp với xơ thủy tinh PET là một trong số những nguyên vật liệu sử dụng trong việc sản xuất sợi thủ công
Hình 2.6: Công thức cấu tạo của PET
Hình 2.7: Cấu tạo phân tử PET
Các đặc tính của PET phụ thuộc vào quá trình xử lý nhiệt, cho phép nó tồn tại dưới hai dạng: vô định hình (trong suốt) và kết tinh (màu trắng đục).
The monomer of PET can be synthesized through an esterification reaction between terephthalic acid and ethylene glycol, which produces water, or through a transesterification reaction between ethylene glycol and dimethyl terephthalate, yielding methanol as a byproduct.
Quá trình polymer hóa diễn ra thông qua sự đa trùng ngưng của các monomer, ngay sau khi hoàn tất quá trình ester hóa hoặc transester hóa, với sản phẩm chính là ethylene glycol, loại nguyên liệu này được thu hồi trong quá trình sản xuất.
PET là một loại bao bì thực phẩm quan trọng có chể tạo màng hoặc tạo dạng chai lọ do bởi các tính chất:
Bền cơ học cao, có khả năng chịu đựng lực xé và lực va chạm, chịu đựng sự mài mòn cao, có độ cứng vững cao
Trơ với môi trường thực phẩm
Chống thấm khí 𝑂 2 , và 𝐶𝑂 2 tốt hơn các loại nhựa khác
Vật liệu làm khuôn
Hình 2.8: Khuôn mẫu được làm từ hợp kim nhôm 6061
Hợp kim đa dụng này nổi bật với độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt và tính hàn linh hoạt Nó được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kết cấu như hàng không, bán dẫn, cũng như trong sản xuất đồ gá lắp và cố định Thành phần chính của hợp kim bao gồm nhôm, magiê và silicon, mang lại hiệu suất vượt trội cho nhiều ngành công nghiệp.
Cung cấp một dải rộng các tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn, dễ hàn và định hình tốt trong điều kiện ủ
Hợp kim nhôm 6061 là loại vật liệu phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong các linh kiện tự động hóa, cơ khí, cũng như trong khuôn gia công thực phẩm và chế tạo.
2.3.2 Tính chất vật lý của hợp kim nhôm 6061:
Mô đun đàn hồi: 70-80 Mpa
2.3.3 Chọn vật liệu làm khuôn:
Yêu cầu đối với một vật liệu làm khuôn là:
Kinh tế trong gia công cắt gọt (dễ cắt gọt, không làm mòn dao nhanh)
Có khả năng xử lý nhiệt tốt Đánh bóng dễ dàng: bằng tay hay bằng máy
Cơ tính tốt: đủ bền, chịu mài mòn, chịu nhiệt, có tính dẫn nhiệt cao, có tính chống oxy hóa (nếu phù hợp)
Tối ưu khuôn tạo ra 2 sản phẩm trong 1 lần thổi
Tối ưu vật liệu làm khuôn so với vật liệu sản phẩm chai là PET
Vật liệu được nhóm lựa chọn để làm khuôn chính là hợp kim nhôm 6061
THIẾT KẾ MẪU CHAI NƯỚC
Giới thiệu phần mềm PTC Creo parametric 3.0
Creo Parametric 3.0 là phần mềm CAD/CAM mạnh mẽ và phổ biến toàn cầu, đặc biệt tại Châu Âu Phần mềm này hỗ trợ toàn bộ quy trình thiết kế và chế tạo sản phẩm cho ngành công nghiệp và người tiêu dùng, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả Hơn nữa, Creo Parametric 3.0 giúp giảm thiểu đáng kể chi phí sản xuất, mang lại lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp.
Creo Parametric 3.0 là công cụ mạnh mẽ hỗ trợ thiết kế sản phẩm từ ý tưởng đến thực tế Phần mềm này mang lại sự linh hoạt, cho phép người dùng chỉnh sửa mẫu thiết kế một cách nhanh chóng và dễ dàng Ngoài ra, Creo Parametric 3.0 còn có khả năng tích hợp và giao tiếp hiệu quả với các phần mềm khác.
Sau khi hoàn thiện thiết kế, Creo Parametric 3.0 hỗ trợ đắc lực trong việc thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa, giúp giải quyết những công việc phức tạp mà người thiết kế thường phải tính toán tỉ mỉ.
Sau khi hoàn tất thiết kế khuôn sản phẩm, Creo Parametric 3.0 hỗ trợ người lập trình trong việc giả lập quá trình gia công trên máy CNC.
Creo Parametric 3.0 hỗ trợ người thiết kế lắp ghép các sản phẩm riêng lẻ thông qua chức năng "Assembly", giúp phát hiện sự khớp nối giữa các chi tiết trong sản phẩm.
Phần mềm này là công cụ thiết yếu cho những người làm việc trong các lĩnh vực như tạo mẫu sản phẩm nhựa, gia công cơ khí chính xác và cơ khí chế tạo CAD/CAM/CNC.
Thiết kế các sản phẩm có hình dạng phức tạp trong không gian ba chiều Tạo và chuyển chương trình gia công CNC qua các máy điều khiển số
prt: mô hình vật thể, từng chi tiết riêng lẻ (3D)
dwg: xuất bản vẽ kỹ thuật (2D)
asm: lắp ráp cụm chi tiết
mfg: dữ liệu thiết kế khuôn mẫu hoặc lập trình gia công
Hình 3.1: Cấu trúc giao diện Creo parametric 3.0
Ứng dụng Creo parametric 3.0 trong thiết kế chai nước CES PLASMA
Thể tích chai nước tinh khiết: 500 ml
Sản phẩm không còn các khuyết tật rỗ khí, đường hàn,…
Có thể sử dụng để sản xuất chai nước bằng phương pháp ép thổi
3.2.2 Trình tự thiết kế trong Creo 3.0:
File thiết kế được lưu dưới định dạng *.prt
Dùng lệnh Revolve tạo biên dàng chính
Tạo 3 gân tăng cứng cho sản phẩm
Dùng lệnh Offset để tạo logo trường, CES và DAISUKI
Dùng lệnh Swept Blend để vẽ gân cho đáy sản phẩm
CHƯƠNG 4: LẮP RÁP KHUÔN CHAI NƯỚC TRONG
Tổng quan về môi trường Assembly
Assembly là môi trường lắp ráp, cho phép chúng ta tạo ra các cụm chi tiết từ các chi tiết riêng lẽ thông qua các mối lắp
File lắp ráp được lưu dưới định dạng *.asm
Tạo thư mục làm việc
Chép tất cả các file được lắp ghép trong cụm vào thư mục vừa tạo
Chọn thư mục vừa tạo là Working directory
Lưu lại file vừa lắp
Sau khi lắp ráp xong, muốn tiến hành lắp cụm chi tiết khác ta cần xoá bộ nhớ ảo của Creo theo đường dẫn: “File\Erase\Not Display\Ok”
4.1.2 Trình tự lắp 1 chi tiết:
Đặt chi tiết vào môi trường ASSEMBLY
Xác định sơ bộ các mối lắp cần thực hiện giữa chi tiết mới đặt vào môi trường ASSEMBLY và các chi đã được lắp vào cụm lắp ráp
Tiến hành lắp (Hộp thoại Placement)
Bước 1: Chỉ ra loại ràng buộc của chi tiết với cụm (loại “constraint”)
Bước 2: Xác định vị trí tham chiếu tương ứng
Làm lại bước 1 và bước 2 đến lúc thông báo đủ ràng buộc, xuất hiện dòng chữ
ASSEMBLY: Chi tiết hoặc cụm lắp ráp đã được đặt vào trong môi trường lắp ráp
COMPONENT: Chi tiết hay cụm lắp ráp đang được lắp ráp (xác định vịtrí) trong môi trường lắp ráp
ASSEMBLY ITEM: Các đối tượng: điểm, trục, cạnh, mặt thuộc về môi trường lắp ráp, dùng để tạo các ràng buộc lắp ráp
COMPONENT ITEM: Các đối tượng điểm, trục, cạnh, mặt thuộc về bộ phận chi tiết, dùng để tạo các ràng buộc khi lắp ráp.
Tách khuôn và thiết kế khuôn
Tạo files : “New Manufacturing Mold cavity”
22 Đơn vị: “mmns_mfg_mold”
“Mold Reference modul Assembly reference modul Chọn chi tiết OK
Trong thanh Component Placement Chọn default”
Hình 4.2: Sao chép thành 2 chi tiết với khoảng cách 120mm trong môi trường tách khuôn
Tạo phôi cho chi tiết:
“Mold Workpiece Create workpiece Đặt tên”
Nhập hệ số co rút phôi: dùng chức năng “shrinkage”
Điều chỉnh hướng rút phôi: dùng chức năng “pull direction”
Tạo mặt phân khuôn cho cụm chi tiết: dùng chức năng “Fill”
Tách phôi thành các khối tách biệt được giới hạn bởi mặt phân khuôn vừa tạo: dùng chức năng “volume split”
Lưu thành 4 phần khuôn độc lập bằng chức năng “Mold component > Cavity insert”
Khuôn thân chai thứ nhất
Khuôn thân chai thứ hai
Bảng 4.1: Quy trình tách khuôn chai 500ml
Phần khuôn từ bước tách khuôn vẫn còn chưa hoàn thiện
Do đó chúng ta cần thiết kế thêm cho các tấm khuôn như vẽ các đường nước, lỗ để gá lắp, định vị, thoát khí …
Sau quá trình này nhóm đã có kết quả như sau:
Khuôn thân chai thứ nhất
Khuôn thân chai thứ hai
Bảng 4.2: Hình ảnh các khuôn chai 500 ml
Các chi tiết khuôn khác
4.3.3 Các chi tiết định vị và siết chặt
Số lượng Ảnh minh họa Kích thước
Bảng 4.3: Bảng các chi tiết phụ của khuôn
Lắp ráp khuôn chai
Lưu trữ tất cả các chi tiết của khuôn vào một thư mục làm việc, sau đó khởi tạo chương trình lắp ráp cho khuôn bằng cách chọn "New", sau đó chọn "Assembly", tiếp theo là "design", đặt tên cho dự án và chọn đơn vị đo lường phù hợp.
Bảng 4.4: Tạo chương trình lắp ráp
Hình 4.3: Giao diện môi trường lắp ráp
MÔ PHỎNG 3D KHUÔN THỔI CHAI
Mục đích của nghiên cứu này là phân tích quá trình điền đầy lòng khuôn và độ dày của chai sau khi thổi tại các vùng khác nhau, nhằm đánh giá xem sản phẩm có đáp ứng tiêu chuẩn về mẫu mã và độ cứng yêu cầu hay không.
Hình 5.1: Cấu hình ban đầu của khuôn thổi
Phôi thổi ban đầu có kích thước như sau:
Phôi thổi có đặc tính vật liệu sau đây trong hệ đơn vị SI:
Mô hình: dạng bề mặt( modul surface), đẳng nhiệt Newton
5.2 Đối tượng và mạng lưới
5.2.1 Tạo một Fluid Flow - Blow Molding (Polyflow) bằng cách kéo và thả trong Workbench
5.2.2 Lưu đối tượng ANSYS Workbench bằng File → Save, nhập tên của đối tượng
5.2.3 Nhập đối tượng đã thiết kế trước đó trong solidworks
Các vùng mạng lưới trong mô hình bao gồm ba miền: khuôn trái, phôi thổi và khuôn phải Phôi thổi được thiết lập như một chất lỏng, trong khi miền phụ bao gồm tất cả các bề mặt của phôi thổi Áp lực sẽ được xác định trên các miền phụ, đại diện cho phôi thổi.
5.2.6 Double-click vào ô Setup để bắt đầu Polydata
Trong bước này, xác định miền đại diện cho một nửa bên phải của khuôn
5.3.1 Tạo một task cho mô hình:
• Chọn các tùy chọn sau đây: o F.E.M task o Time-dependent problem(s) o 2D shell geometry
• Nhấn Accept the current setup
Nhấn Mold with constant and uniform temperature
Nhập Mold-Right và nhấn OK
5.3.2.2 Xác định các miền khuôn:
Chọn Domain of the mold
• Chọn Mold-left và nhấn Remove
• Chọn Parison và nhấn Remove
5.3.2.3 Xác định các điều kiện tiếp xúc biên:
Chọn No contact along MOLDRIGHT và nhấn Modify
Chọn Contact và nhấn Upper level menu 2 lần
5.3.2.4 Xác định các chuyển động của khuôn:
• Nhấn Mold motion type(loại chuyển động): fixed mold (cố định)
Nhập 1 là giá trị mới, áp đặt một vận tốc tịnh tiến, và nhấn OK
• Nhấp vào nút EVOL ở trên cùng của menu Polydata để cho phép nhập các dữ liệu
5.3.2.5 Thiết lập vận tốc tịnh tiến khuôn:
• Xác định vận tốc theo trục x
Nhấn OK để chấp nhận giá trị -0.5 cho các giá trị mới của vận tốc theo trục x
• Xác định vận tốc theo trục y
Nhấn OK để chấp nhận giá trị mặc định 0 cho vận tốc theo trục Y, sau đó chọn menu cấp cao hơn, do đó không có chuyển động theo trục Y.
• Xác định vận tốc trục z
Nhấn OK để chấp nhận giá trị mặc định 0 cho vận tốc theo trục z, sau đó chọn "Upper level menu" để không có chuyển động theo trục z Tiếp theo, chọn f(t) = Function Ramp.
Xác định các cặp tọa độ (a, b) và (c, d) cho các điểm để xác định các các khoảng thời gian chuyển động của khuôn o Bấm Sửa đổi các giá trị của a
Nhập 0,1 là giá trị mới và nhấn OK o Trong một cách tương tự, thiết lập các giá trị cho b, c và d, tương ứng 1 ; 0,10001 và 0
Hình 5.3: Hàm dốc cho vận tốc khuôn phải cho thấy các hàm dốc vừa xác định
Hình 5.3: Hàm dốc cho khuôn phải
Nhấn vào Upper level menu để trở lại menu mold motion
Nhấn vào Upper level menu hai lần để quay lại menu Define molds
• Nhấn vào Mold with constant and uniform temperature
• Nhập Mold-left như giá trị mới và nhấn OK
5.4.2 Xác định miền của khuôn trái:
Chọn Domaind of the mold
• Chọn MOLDRIGHT và nhấn Remove
• Chọn Parison và nhấn Remove
• Nhấn vào Upper level menu ở trên
5.4.3 Xác định các điều kiện tiếp xúc biên:
• Chọn No contact along with MOLDLEFT và nhấp vào Modify(sửa đổi)
• Chọn Contact và nhấp Upper level menu 2 lần
5.4.4 Xác định các chuyển động của khuôn trái:
Nhấn Mold motion type: fixed mold (cố định)
Nhập 1 là giá trị mới, áp đặt một vận tốc tịnh tiến, và nhấn OK
Nhấp vào nút EVOL ở trên cùng của menu Polydata để cho phép nhập thông số đầu vào
Xác định vận tốc theo trục x
Nhấn OK để chấp nhận giá trị 0,5 cho giá trị của vận tốc theo trục x Sau đó nhấp vào Upper level menu
Xác định vận tốc theo trục y
Nhấn OK để chấp nhận giá trị mặc định là 0 cho vận tốc theo trục y và chọn Upper level menu, vì không có chuyển động theo hướng y.
Xác định vận tốc theo trục z
Nhấn OK để chấp nhận giá trị mặc định 0 cho vận tốc theo trục y và chọn Upper level menu, không có chuyển động theo hướng z.
Xác định sự phụ thuộc thời gian của chuyển động theo trục x
Xác định các cặp tọa độ (a, b) và (c, d) cho các điểm để xác định khoảng thời gian chuyển động của khuôn
Nhấn vào Modify the value of a
Nhập 0,1 là giá trị mới và nhấn OK
Một cách tương tự, thiết lập các giá trị cho b, c và d tương ứng là 1 ;0,10001 và 0
Hình 5.4: Hàm dốc cho vận tốc khuôn trái
Nhấn vào Upper level menu để trở lại menu chuyển động khuôn
Nhấp vào nút EVOL ở trên cùng của menu để kết thúc quá trình nhập thông số Nhấn vào Upper level menu ba lần để trở về F.E.M Task 1 menu
5.5 Xác định Parison Sub-task
5.5.1 Tạo một sub-task mới:
Chọn Shell model : Gen Newtonian isothermal
Nhập Parison và nhấn OK
5.5.2 Xác định các miền mà các Sub-task được áp dụng:
Chọn Domain of the sub-task
• Chọn MOLDLEFT và nhấn Remove
• Chọn MOLDRIGHT và nhấn Remove
• Nhấn Upper level menu nút ở trên cùng
5.5.3 Xác định các điều kiện biên của phôi:
5.5.3.1 Chọn Zero wall velocity (vn=vs=0) along BOTTOMEDGE và nhấp vào modify(Sửa đổi)
• Chọn Plane of symmetry ( fs=0, vn=0 )
• Chọn normal direction along Z axis
• Nhấn vào Upper level menu để tiếp tục xác định các điều kiện biên dòng chảy
• Nhấn Inflation pressure imposed đặt ở dưới cùng của menu Flow boundary conditions
Mũi tên sẽ được hiển thị trong cửa sổ hiển thị, để chỉ ra định hướng của áp lực trên Parison (phôi thổi)
5.5.3.2 Phóng to mũi tên để xem hướng của chúng:
Như thể hiện trong hình sau, mũi tên chỉ từ lòng phôi hướng ra ngoài phôi
5.5.3.3 Nhấn vào Constant và hiệu chỉnh áp suất này:
Nhập 2e5 pascal( 2 bar) là giá trị mới và nhấn OK Áp lực phụ thuộc chiều mũi tên, hướng ra ngoài là dương, hướng vào trong thêm dấu “-“
• Nhấp vào nút EVOL ở trên cùng của menu Polydata để cho phép nhập thông số đầu vào
• Nhấn vào Upper level menu
Bấm Sửa đổi các giá trị của a, nhập 0,1 là giá trị mới, và nhấn OK
Một cách tương tự, thiết lập các giá trị cho b, c, và d tương ứng với 0 ; 0.4, và 1.0
Hình 5.5: Hàm dốc cho áp suất
Nhấp vào nút EVOL ở trên cùng của menu Polydata để kết thúc nhập liệu
Bấm Upper level menu để quay lại menu Parison
5.5.4 Xác định tiếp xúc khuôn phải
• Chọn Create a new contact problem
• Nhấp vào Chọn Select a contact wall
• Chọn Mold-Right : Contact along MOLDRIGHT và bấm Select( chọn)
• Tăng kích thước của mũi tên để hiển thị các định hướng, đảm bảo rằng chúng có thể được nhìn thấy
Cửa sổ đồ họa → Sizing Darts → Size up
Phóng to để thấy rõ các mũi tên
• Chọn Specify mold side / cavity side
Mũi tên sẽ được hiển thị trong cửa sổ hiển thị đồ họa, như thể hiện trong hình dưới đây
Nhấn No trong bảng mở ra, để xác định rằng mũi tên không chỉ về phía lòng khuôn
• Nhấn vào Upper level menu để quay lại menu define contacts
5.5.5 Xác định tiếp xúc với khuôn trái:
Chọn Create a new contact problem
• Nhấp vào chọn Select a contact wall
• Chọn Mold-Left : Contact along MOLDLEFT và bấm Select
5.5.5.2 Xác định các định hướng của khuôn:
• Xoay để hiển thị các khoang chai hình từ một góc xiên
• Chọn Specify mold side / cavity side
Mũi tên sẽ được hiển thị trong cửa sổ hiển thị đồ họa, như thể hiện trong hình dưới đây
• Nhấn No trong bảng mở ra, để xác định rằng mũi tên không chỉ về phía thân khuôn
• Nhấn vào Upper level menu để quay lại menu xác định tiếp xúc
• Nhấn vào Upper level menu để quay lại menu Parison
5.5.6 Xác định các Layer của Parison:
• Trong bảng mở ra, nhập vào Parison
5.5.7 Xác định dữ liệu vật liệu cho Parison:
• Shear-rate dependence of viscosity
Nhập 1000 như là giá trị mới và nhấn OK
• Nhấn vào Upper level menu để tiếp tục
• Nhấn density( khối lượng riêng)
• Bấm vào sửa đổi tỉ trọng
Nhập 1380kg/m3 và nhấn OK
• Nhấn vào Upper level menu để tiếp tục
• Chọn Inertia will be taken into account và nhấp vào Upper level menu hai lần để quay lại menu Parison
5.5.8 Chỉ định độ dày ban đầu
• Nhập 0.002m là giá trị mới và nhấn OK
• Nhấn Upper level menu bốn lần để trở về menu F.E.M Task 1
5.6 Xác định các thông số số học
• Bấm vào Modify the transient iterative parameters
• Bấm vào Modify the max value of the time-step Nhập 0,02 s và kích OK
• Thiết lập hệ thống các đơn vị để xuất ra CFD-Post
Cài đặt đơn vị cho CFD-Post, Ansys Mapper hoặc IGES
• Xác nhận rằng hệ thống hiện tại được thiết lập là metric_MKSA + Kelvin
• Nhấn vào Upper level menu hai lần để trở lại menu Polydata
5.8 Lưu dữ liệu và thoát Polydata
Chạy POLYFLOW bằng cách nhấn phải chuột vào ô Solution của mô phỏng và chọn Update
• Double-click vào ô Result trong hệ thống Workbench
Thay đổi hướng nhìn trong cửa sổ đồ họa hiển thị như thể hiện trong hình dưới đây:
• Hiển thị đường viền (Parison)
• Vô hiệu hoá các cấu trúc khung trong tab cây Outline, điều này làm cho hình ảnh rõ ràng hơn bằng cách loại bỏ các đường cấu trúc khung
Hình 5.6: Đường nét của độ dày trên Parison Độ dày các khu vực khác nhau của chai được thể hiện bằng màu sắc trên Hình 5.6
Việc áp dụng các chức năng của hàm dốc rất hữu ích trong các hệ thống kỹ thuật, đặc biệt trong kiểm soát chuyển động rung và cơ khí Hàm dốc không chỉ có ứng dụng trong cơ khí mà còn trong kỹ thuật điện Cụ thể, nó được sử dụng để xác định thời gian chuyển động của khuôn và thời gian phôi được thổi và điền đầy lòng khuôn Hàm dốc được định nghĩa như sau: f(t) = R(t-a) = { 1 khi (t - a) > 0 hay t > a }.
Hàm dốc cho vận tốc khuôn trái và khuôn phải: f(t) = R(t) -R(t-0.1) + R(t – 0.10001)
Vậy ta có cặp giá trị tương ứng: (0.1;1), (0.10001;0)
Hàm dốc cho áp suất thổi: f(t) = R(t – 0.1) + R(t – 0.4)
Vậy ta có cặp giá trị tương ứng: (0.1;0), (0.4;1)
LẬP TRÌNH GIA CÔNG
Chuẩn bị phôi cho 2 tấm khuôn
Phôi chuẩn bị gia công, sau khi gia công thô kích thước như sau:
STT Tên Kích thước Số lượng
Tiến hành quá trình gia công
Trong quá trình gia công, chế độ cắt được xác định dựa trên bảng của các nhà sản xuất dao, đồng thời nhóm cũng đã tính toán một số chế độ cắt theo lý thuyết.
Tốc độ tiến dao: F=n.z.fz [1]
F: tốc độ tiến dao (mm/phút)
N: số vòng quay của trục chính (vòng/phút)
z: số lưỡi cắt của dao (răng)
fz: tốc độ ăn dao răng (mm/răng)
6.2.1 Gia công khuôn thân chai thứ nhất:
MÁY PHAY CNC 3 TRỤC MAKINO 11M
Phôi Vật liệu: Nhôm 6061 Kích thước: 260x245x50
Bảng 6.2: Chuẩn lập trình khuôn thân chai 500ml thứ 1
Bước Nội dung gia công
1 Phá thô bên trái Bull mill ỉ25/R5 2000 2500 0.5 98
2 Chạy bán tinh Bull mill ỉ10/
3 Gia công tinh Ball mill ỉ4 1800 5500 0.05 360
4 Gia công bán tinh phần ghộp đỏy Endmill ỉ4 2000 4500 0.1 8
Bảng 6.3: Phiếu công nghệ gia công khuôn thân chai thứ 1
Với phần thân thứ 2 ta cũng dùng chuẩn, chế độ cắt như trên
6.2.2 Gia công khuôn đáy chai:
MÁY PHAY CNC 3 TRỤC MAKINO 11M
Phôi Vật liệu: nhôm 6061 Kích thước: ∅80x60
Bảng 6.4: Chuẩn lập trình khuôn đáy chai lần 1
[mm] [r.p.m] [mm/min] [mm] [Phút]
Bảng 6.5: Phiếu công nghệ gia công khuôn đáy chai lần 1
Phôi Vật liệu: nhôm 6061 Kích thước: ∅80x60
Bảng 6.6: Chuẩn lập trình khuôn đáy chai lần 2
Bảng 6.7: Phiếu công nghệ gia công mặt sau đáy
CHƯƠNG 7: ĐÁNH BÓNG CÁC TẤM KHUÔN
Quá trình nguội
Sau khi gia công xong các phần của bộ khuôn trên máy CNC, bước tiếp theo là tiến hành quá trình làm nguội
Chức năng của quá trình làm nguội trong gia công khuôn:
Loại bỏ những vùng bavia
Làm sạch bề mặt gia công
Loại bỏ những đường chạy dao do quá trình lập trình gia công chưa được hoàn hảo
Các chi tiết mua ngoài thị trường chưa đạt độ chính xác cao, do đó phải làm nguội lại cho phù hợp
Đánh bóng các bề mặt khuôn.
Đánh bóng bộ khuôn
Quá trình làm nguội bộ khuôn của nhóm được thực hiện qua các giai đoạn:
Loại bỏ những bavia, vùng sắc cạnh trên các tấm Các dụng cụ được sử dụng
Quá trình dũa được thực hiện theo trình tự như trên hình:
Ban đầu sử dụng dũa thép để dũa thô
Tiếp theo sử dụng dũa kim cương dũa tinh lại những bề mặt rộng
Sau cùng sử dũa kim cương nhỏ hơn và dũa kim cương dạng móc để dũa những vùng hẹp, nhỏ
Sử dụng giấy nhám, sáp mài và hóa chất đánh bóng giúp tạo ra bề mặt bóng láng cho lòng khuôn, từ đó nâng cao tính thẩm mỹ cho sản phẩm hoàn thiện.
Giấy nhám được sử dụng theo thứ tự số như sau: 120 – 180 – 250 – 400 – 600 – 800 – 1000 – 1200 – 1500
Bước cuối cùng trong quy trình đánh bóng là sử dụng hóa chất đánh bóng, giúp làm sạch bề mặt lòng khuôn và loại bỏ bụi bẩn còn sót lại sau quá trình chà nhám Hóa chất này cũng có tác dụng bảo vệ khuôn khỏi các tác động từ môi trường bên ngoài.
