Ngiên cứu ứng dụng công nghệ reverse engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cau su cho xe tải

Mastercam, [13]. Mỗi phần mềm trên đều có những ưu, nhược điểm riêng như: có phần mềm mạnh về xử lý bề mặt (surface) nhưng lại yếu về khối (solid) hay phần mềm có đầy đủ công cụ hỗ trợ cho việc xử lý thiết kế phần mềm kia thì lại không có... Việc tìm hiểu được hết và sử dụng được hết tất cả các phần mềm này là công việc đòi hỏi phải có nhiều thời gian và công sức, trong quá trình làm luận vănvới tài liệu và thời gian có hạn do vậy số lượng phần mềm tìm hiểu được của tác giảcòn hạn chế. Sau đây tác giả xin trình bày giới thiệu sơ qua về một số phần mềm thiết kế này sau đây: 2.2.1. Phần mềm Geomagic Studio Đây là một trong các phần mềm xử lý dữ liệu nhanh chóng và rất tiện lợi. Là hệ thống thiết kế cơ khí dẫn đầu trong nghành công nghiệp với những công cụ vượt trội để tạo mẫu và chỉnh sửa các dữ liệu 3D. Với quy trình làm việc khép kín tạo mô hình cao cấp và là một trong những giải pháp thiết kế chính xác. Geomagic Studio là một trong những phần mềm hàng đầu về chỉnh sửa và tái tạo ra các kiểu CAD với tham số trực tiếp từ các dữ liệu quét 3D. Là một giải pháp phần mềm mới mà nó cho phép tạo ra đầy đủ các tham số của vật thể CAD và các bề mặt không mẫu từ dữ liệu quét 3D và dữ liệu mạng lưới đa giác với giao diện dùng cấp độ tốt nhất. Công nghệ quét 3D kết hợp với Geomagic studio cung cấp cho nhà sản xuất tự do, linh hoạt và đạt được hiệu quả cao nhất. Geomagic rất nổi tiếng về khả năng tạo bề mặt, nó có các công cụ rất mạnh cho việc tái tạo và xử lý bề mặt. Dụng cụ được dùng để tạo ra các mô hình trong sẽ được nhân ra ngay lập tức để tương thích với các ứng dụng của CAD.Các đặc trưng thiết kế thông thường cung cấp hỗ trợ cực kì hiệu quả và mang lại nhiều tính năng ưu việt. Quy trình chỉnh sửa dữ liệu quét của Geomagic studio: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 22 Hình 2.4. Quy trình xử lý dữ liệu quét của Geomagic. Ngoài ra Geomagic studio còn một số các ưu điểm nổi bật khác như: phần mềm này có ưu điểm là giao diện đẹp, thân thiện, khả năng thiết kế nhanh hơn các phần mềm khác rất nhiều nhờ vào sự xắp xếp và bố trí các công một cách có hệ thống và hợp lý. 2.2.2. Phần mềm Rapidform Redesign XOR RapidformXO Redesign cũng là một trong các phần mềm được dùng nhiều trong công nghệ đảo chiều. Tạo mô hình tham số từ dữ liệu quét scan rất hiệu quả, cho phép người thiết kế đưa ra các ghi chú thiết kế và các tham số thiết kế của các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 23 chi tiết của thế giới thực, chúng có thể bị mất các định nghĩa features trong quá trình xử lý sản xuất hoặc không có mô hình CAD. Công nghệ quét 3D và Rapidform Redesign XOR cho phép các nhà sản xuất có được các tham số thiết kế của bất kỳ chi tiết nào của thế giới thực một cách dễ ràng, bao gồm các features hình trụ hoặc các bề mặt cong tự do. Vì các mô hình CAD đã tạo trong Rapidform Redesign XOR có đầy đủ các tham số, người thiết kế và người tính toán có thể hiệu chỉnh lại các tham số thiết kế của chi tiết của thế giới thật để hoàn chỉnh mô hình của sản phẩm bằng Rapidform Redesign XOR. Quy trình làm việc trên Rapidform được minh họa trên hình sau: Hình 2.5. Quy trình làm việc của Rapidform Ta sẽ thấy rõ trên sơ đồ sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 24 Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ kỹ thuật ngược trên Rappitform. Một số đặc tính của phần mềm: - Một phần mềm thiết kế ngược thuộc thế hệ thứ 3 rất mạnh. Điều chỉnh các bề mặt lƣới Tự động tao nhanh các bề mặt. Khai triển thông số thiết kế Nhận dạng và định nghĩa các tham số mô hình hóa Feature. Mô hình hóa Feature Thiết kế mô hình CAD từ mô hình lưới. Phân vùng cho đối tƣợng. Tự động hoặc tác động chia mô hình lưới thành các miền trên cơ sở các vùng.feature. Làm sạch lƣới Làm sạch các khuyết tật và tạo mô hình lưới kín. Kiểm tra độ chính xác.Phân tích sai số của toàn bộ quá trình sử lý,thiết kế. Chuyển đổi sang các hệ CAD Xuất các mô hình Solid tham số sang nhiều định dạng đuôi CADkhác nhau. Dữ liệu quét 3D Nhập dữ liệu quét 3D dạng lưới tam giác hoặc đám mây điểm Tạo mẫu nhanh, gia công CAM, RP, Milling Mô hình hóa và tối ƣu hóa lƣới Tạo các mô hình tối ưu cho CAE Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 25 Rapidform XOR là một ứng dụng phần mềm hoàn chỉnh cho phép tạo những mô hình CAD từ dữ liệu quét 3D. Với Rapidform XOR ta có thể mở dữ liệu từ bất kỳ máy quét 3D nào và có thể chỉnh sửa một cách nhanh chóng, các mô hình tham số solid của hầu như bất kì đối tượng vật lý nào. Những mô hình này có thể được chuyển từ XOR thành các ứng dụng CAD phổ biến như SolidWorks, Siemens NX và Pro/ENGINEER với đầy đủ những tính năng. Không giống như các thế hệ phần mềm thiết kế ngược thuộc thế hệ thứ 2, XOR có thể chính sửa và thiết kế chi tiết giống như một phần mềm CAD khác. XOR có thể xuất dữ liệu mô hình dưới dạng Parasolid, STP, IGS và STL để sử dụng trong các ứng dụng CAD/CAM/CAE. - Tham số những mô hình CAD từ dữ liệu Scan 3D. Rapidform XOR sử dụng kỹ thuật mô hình hóa bề mặt để tạo ra các mô hình CAD từ các đám mây điểm và lưới đa giác. XOR sẽ tối ưu hóa dữ liệu quét vào gồm các tính năng chỉnh sửa sau đó có thể trực tiếp sử dụng cho gia công, thay đổi thiết kế, mô phỏng, phân tích... Các mô hình tạo ra trong XOR không chỉ dừng ở dạng bề mặt NURBS, mà bề mặt đó còn được thao tác, chỉnh sửa, cập nhật và thay đổi bất cứ lúc nào. Và mỗi mô hình tạo ra trong Rapidform XOR có mức độ chính xác rất cao nhờ công cụ Analyzer luôn kiểm tra độ sai lệnh so với dữ liệu gốc qua mỗi giai đoạn thiết kế. - Nắm bắt được ý tưởng thiết kế. Rapidform tự động dò tìm các tính năng 3D của đối tượng như: revolves (tròn xoay), extrude, sweep hay fillet trên dữ liệu quét và nó có thể tạo ra bề mặt của những tính năng này. - Chức năng truyền dữ liệu động với đầy đủ lịch sử thiết kế của mô hình sang hệ thống CAD khác. Sau khi quét dữ liệu 3D của đối tượng, sau khi thiết kế một phần trong Rapidform XOR ta có thể truyền mô hình đó với đầy đủ tham số và lịch sử thiết kế của nó qua công cụ LiveTransfer XOR tới SolidWorks, Siemens NX và Pro / ENGINEER . Các ứng dụng khác có thể mở các mô hình 3D được tạo ra trong XOR bằng cách sử dụng định dạng chuẩn công nghiệp như Parasolid, STP và IGS. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 26 - Giảm thời gian cho việc thiết kê một sản phẩm. Với Rapidform XOR ta có thể tiếp cận nhanh chóng với các công cụ xử lý thông minh, các lệnh được thực thi nhanh chóng, hơn nữa ta không cần phải dành nhiều thời gian làm sạch hoặc chỉnh sửa các đám mây điểm hoặc lưới đa giác. XOR thiết kế dựa trên dữ liệu quét của đối tượng, ta có thể dễ dành tạo ra các biên dạng sketch sau đó thao tác các lệnh extrude, sweep...để tạo ra đối tượng hình học của nó, hơn thế nữa với chức năng phân vùng tự động ta có thể dùng các vùng này vào việc tạo ra các đối tượng hình học... Nhờ đó mà ta có thể tiết kiệm được rất nhiều thời gian cho việc thiết kế. 2.3. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngƣợc để thiết kế biên dạng gioăng cao su 2.3.1. Thiết bị sử dụng đo mẫu Tác giả sử dụng hệ thống máy ATOS I (2M) của hãng GOM (Đức) tại Trung tâm dịch vụ công nghệ 3Dtech – Công ty TNHH thiết bị công nghệ và giáo dục tân tiến AIE. Hệ thống máy này được thể hiện trong hình dưới đây: Hình 2.7. Máy scan hình tốc độ cao ATOS I (2M). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 27 Tốc độ và độ chính xác là 2 yếu tố quan trọng đối với thiết bị scan 3D. Thiết bị scan 3D tốc độ cao ATOS I là kết quả của hơn 10 năm nghiên cứu, phát triển và tích lũy kinh nghiệm thực tế. Dựa trên phiên bản ATOS Standard, ATOS I được thiết kế lại và hoàn toàn sử dụng những công nghệ mới nhất. ATOS I tiếp tục chứng minh là thiết bị scan dựa trên công nghệ 2 camera của GOM có tốc độ cao, độ chính xác cao và là hệ thống scan 3D quang học di động. + Thông số kỹ thuật của máy: - Độ phân giải camera: 2.000.000 pixels. - Khoảng cách từ máy đến sp: 350 mm. - Số điểm đo/1 lần scan: 2.000.000 điểm. - Thời gian/1 lần scan: 1,3 giây. - Diện tích đo nhỏ nhất: 120 x 96 mm2. - Diện tích đo lớn nhất: 1000 x 800 mm2. - Khoảng cách giữa các điểm đo: 0,06 ÷ 0,25 mm. - Kích thước máy quét: 440 x 140 x 200 mm3. - Khối lượng máy quét: 4kg. - Nhiệt độ làm việc: 0o ÷ 40o C. - Nguồn điện: 110 hoặc 240V AC. - Kích thước vali chứa máy khi di chuyển: 550 x 800 x 300 mm3. - Tổng trọng lượng khi di chuyển: 22 kg. - Máy tính kết nối: Laptop hoặc Midi Tower PC Cũng như các hệ thống scan ATOS khác của GOM, ATOS I là thiết bị scan quang học linh hoạt. Với hơn 2000 hệ thống ATOS được lắp đặt trên toàn thế giới, thiết bị scan ATOS là một phương pháp đo được sử dụng rộng rãi bên cạnh các thiết bị đo cơ khí khác. + Tính công nghệ: Chỉ trong 1,3 giây 2 camera của ATOS có thể thu được toàn bộ vân sáng phản xạ từ bề mặt sản phẩm đo. ATOS I có khả năng đặc biệt thiết kế nhanh nhưng rất chính xác quét 3 chiều đối tượng. Máy scan ATOS hoạt động dựa trên nguyên lý phép đo tam giác. Đầu project phát ra vân sáng trắng đen chiếu lên vật scan, 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 28 camera sẽ ghi lại ánh sáng phản xạ, dựa trên dữ liệu này và các công thức quang học, phần mềm sẽ tính toán và dựng lại bề mặt 3D của vật scan dưới dạng lưới tam giác. Dữ liệu này có thể xuất sang nhiều định dạng khác nhau. Trong quá trình scan, các thông số liên quan như rung động, cường độ ánh sáng, tình trạng của đầu project đều được quản lý và điều chỉnh bằng phần mềm. Tất cả các hệ thống ATOS I trước khi cũng cấp cho khách hàng phải đạt chứng chỉ VDI 2634. Dưới đây là hình ảnh các bộ phận làm việc chính của hệ thống ATOS I: 1. Camera trái và phải. 2. Đèn chiếu 3. Bộ kết nối. Hình 2.8. Các bộ phận làm việc chính của ATOS I (2M). + Khả năng di động: ATOS I là thiết bị nhỏ và nhẹ. Kích thước của đầu đo và thiết bị điều khiển đều được giảm kích thước so với các thế hệ trước. ATOS I có thể kết nối với máy tính xách tay hoặc máy tính để bàn có hiệu năng cao. Toàn bộ hệ thống được đặt 1 3 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 29 trong 1 vali để thuận lợi trong di chuyển. ATOS I có thể dễ dàng thiết lập và sẵn sàng sử dụng trong vài phút. Cải thiện khả năng di động và giảm thời gian scan nên ATOS I đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng hàng ngày của các kỹ sư thiết kế và quản lý chất lượng sản phẩm. + Khả năng linh hoạt: ATOS I có thể đặt cố định, gắn trên giá di động hoặc lắp ráp trên robot cho các ứng dụng kiểm tra tự động. Khi scan các sản phẩm nhỏ, có thể thay môđun tiêu chuẩn bằng môđun SO (Small Object) chỉ trong vài phút. Hình 2.9. Khả năng linh hoạt của máy. + Ứng dụng: Thiết kế gọn và khả năng scan rất nhanh nên ATOS I là một hệ thống di động ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: - Kiểm tra sản phẩm: hàng không, ôtô, tuabin, tấm kim loại, khuôn mẫu, đồ gia dụng. - Thiết kế ngược: thiết kế 3D theo mẫu sản phẩm, thiết kế mô hình tính toán phần. - Gia công nhanh: các mẫu vật hội họa, kiến trúc, các mô hình theo mẫu. - Scan 3D: scan các sản phẩm trong đồ họa máy tính, y học, giáo dụcTạo mô hình số cho các mẫu vật. 2.3.2. Quét mẫu chi tiết gioăng cao su. Quá trình quét mẫu chi tiết vỏ máy khoan phá bằng máy scan hình ATOS I + Bƣớc 1: Chuẩn bị hệ thống máy quét. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 30 Lắp ráp máy quét, bàn quét, hệ thống đường cáp truyền, khởi động máy tính. Đặt chi tiết lên bàn quét, nếu cần thiết có thể dùng đất sét (theo máy) để gá đặt chi tiết sao cho có thể quét được nhiều bề mặt, khe hốc. + Bƣớc 2: Chuẩn bị chi tiết mẫu. Phủ lên bề mặt chi tiết một lớp sơn trắng, dán lên trên các bề mặt tạo nên chi tiết các điểm tham chiếu (hình tròn màu đen có chấm trắng ở giữa) và đặt chi tiết lên bàn quét (bàn quét này có thể xoay tròn và di chuyển được để có thể quét được ở mọi góc độ, quét nhiều lần). Hình 2.10. Hệ thống máy. + Bƣớc 3: Khởi động máy scan ATOS I: - Khởi động máy tính sau đó khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3 Hình 2.11. Khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 31 Hình 2.12. Giao diện làm việc của phần mềm ATOS v6.2.0-3. + Bước 4: Tiến hành scan chi tiết mẫu. Hình 2.13. Kết quả quét mẫu thu được. Như vậy đã hoàn thành công việc quét mẫu sản phẩm, tiếp theo Export sang file STL và thiết kế lại mô hình CAD cho chi tiết. 2.3.3. Xử lý dữ liệu quét trên phần mềm Rapidform. - Nhập dữ liệu quét (Import file): Nhập mô hình quét: từ màn hình làm việc, chọn Insert/Import rồi chọn file quét mô hình từ vị trí đã đặt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 32 Hình 2.14. Nhập dữ liệu quét vào phần mềm - Chỉnh sửa dữ liệu lưới điể (Mesh Editing): Kích vào biểu tượng trên thanh Toolbar hoặc vào Tools/Mesh Tools, xuất hiện các biểu tượng trên thanh công cụ Toolbar như hình dưới đây: Dùng các công cụ này để làm sạch bề mặt lưới, tùy từng mẫu quét mà sử dụng các công cụ chỉnh sửa thích hợp. Để sửa lỗi do quá trình quét trên bề mặt lưới kích vào biểu tượng hoặc kích theo đường dẫn Tools/Mesh Tools/Healing wizard, kích OK ở góc phải màn hình hoặc nhấn Enter để phần mềm tự động chỉnh sửa. Hình 2.15. Sửa lỗi quét bằng công cụ Healing wizard. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 33 Các lỗi trên bề mặt tiếp tục được chỉnh sửa một cách tự động. Chọn Tools/Mesh Tools/Fill Holes hoặc kích vào biểu tượng trên thanh Toolbar để điền đầy những lỗ hổng trên mô hình. Kích vào nút(Don`tClose Controls) để lựa chọn lỗ liên tục và kích lần lượt vào các lỗ hổng đó. Các lỗ hổng sẽ được điền đầy theo lựa chọn đi kèm: theo bề mặt phẳng, cong hay bề mặt trơn. Có thể dùng để nhận dạng và di chuyển tới các lỗ hổng. Ta có thể sử dụng công cụ Tools/Mesh Tools/Global Remesh để tam giác hóa các bề mặt và nâng cao chất lượng cho các bề mặt. Kích hoạt tùy chọn Make Clean And Manifold Solid Mesh để máy tự động tạo một lưới sạch kín. Chỉ dùng tùy chọn này cho các lưới kín. Kích OK thu được các lưới tam giác có kích cỡ vừa phải và đều đặn. Kích chọn Tools/Mesh Tools/Decimate hoặc kích biểu tượng để giảm bớt số lượng các mặt bằng việc hợp nhất các đỉnh. Lựa chọn mức độ giảm là 50%. Kích chọn Tools/Mesh Tools/Enhance hoặc kích vào biểu tượng để loại bỏ các nhiễu (làm min bề mặt). Kích chọn vào biểu tượng hay Tools/Mesh Tools/Optimize Mesh để tối ưu dữ liệu lưới. Sau cùng là kích vào nút OK ở góc dưới bên phải màn hình để thoát khỏi chế độ Mesh. Tiếp tục chuyển sang bước thứ hai: Xây dựng bề mặt. Phân mảng vùng dữ liệu. Kích vào biểu tượng Region Group trên thanh Toolbar hoặc theo đường dẫn Tools/Region Tools, trên thanh Toolbar xuất hiện các biểu tượng sau, tương ứng với các công cụ cho việc phân vùng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 34 Để phân vùng một cách tự động như các vùng màu dưới đây , kích hoạt biểu tượng (Auto Segment ) và nhấn nút OK . Hình 2.16. Phân vùng tự động bằng công cụ Auto Seginent. Việc phân vùng tự động chưa hoàn chỉnh vì có nhiều mặt tự do, khó cho việc thực hiện các bước sau này, do đó tiếp tục việc phân vùng bằng tay. Chọn Tools\Mesh tools\Spilt. Chuyển con trỏ chuột sang chế độ Paint Brush (kích hoạt Select\Mode\Pain Brush). Giảm kích cỡ của chổi rồi phân những vùng lớn thành vùng nhỏ hơn, theo những định dạng cơ bản: mặt phẳng, phần mặt trụ, mặt tự do có hình dạng đơn giản nhất. Kết hợp với các công cụ Remove, Append để chỉnh sửa, được kết quả cuối cùng. Hình 2.17. Kết quả thu được sau khi phân vùng hoàn chỉnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 35 2.3.4. Xây dựng mô hình CAD cho gioăng cao su Tạo Sketch1 (Mesh) bằng cách vào chế độ làm việc Mesh Sketch: kích vào biểu tượng trên thanh Toolbar hoặc theo đường dẫn Insert/Mesh Sketch. Chọn mặt phẳng tham chiếu (phác thảo cơ bản) trong mục Base Plane là Plane1. Sử dụng các lệnh sau trên thanh công cụ để vẽ lại biên dạng Sketch1: Hình 2.18. Phác thảo biên dạng Sketch1. Tiếp theo dùng lệnh Extrude để tạo khối solid từ sketch1 vừa phác thảo. Kích vào biểu tượng (Extrude) trên thanh công cụ Chọn khối cơ bản trong mục Base Sketch là Sketch1 Chọn phương pháp đùn ở mục Method là Up toRegion Kích chọn bề mặt cần đùn tới Kích chuột trái kết thúc câu lệnh. Tạo được khối solid bao quanh chi tiết. Hình 2.19. Kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 36 . Hình 2.20. kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude Hình 2.21. Phân tích độ chính xác của sản phẩm thiết kế Hình ảnh trên cho ta thấy độ chính xác của chi tiết thiết kế so với dữ liệu quét 3D . Màu xanh hiển thị độ chính xác trong miền dung sai cho phép. 2.4. Vật liệu và công nghệ chế tạo gioăng cao su 2.1.1. Vật liệu cao su Cao su là vật liệu Polyme có tính chất biến dạng đàn hồi, nó có các tính chất của hợp chất cao phân tử. Vật liệu cao su ứng dụng ở thời kỳ ban đầu (từ thế kỷ 17) có nguồn gốc tự nhiên. Do đòi hỏi ngày càng cao của sản xuất và nhờ sự phát triển của hoá học hiện đại, từ sau những năm 1930, nhiều loại cao su tổng hợp ra đời, chiếm lĩnh một phần thị trường cao su. Hiện nay tỷ lệ cao su tự nhiên so với cao su Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 37 tổng hợp trên thị trường thế giới ổn định mở mức (30  34)% cao su tự nhiên và (70  66)% cao su tổng hợp. Ngày nay có khoảng 30.000 mặt hàng cao su trong đời sống, theo số liệu 1999 đạt khoảng 17 triệu tấn Mức tiêu thụ cao su Năm 1999 Cao su tự nhiên NR 5.594.000 tấn Cao su tổng SR 11.501.000 tấn Tổng số 17.095.000 tấn Bảng 2.1. Số liệu tiêu thụ các sản phẩm cao su Số liệu này tăng nhanh hàng năm là 4%  6 %. Phạm vi ứng dụng được phân bố như sau: Xăm, lốp 40%  60% Cao su kỹ thuật 15%  23% Giày dép 6%  20% Cao su xốp 3,5%  4% Bọc và cách điện 5%  5,5% Các sản phẩm khác7%  11% Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 38 Hình 2.22. Đường cong ứng suất – biến dạng lý tưởng cho kim loại, chất dẻo thông thường và vật liệu đàn hồi (elastome). Độ dãn dài đàn hồi cao của cao su thường được kết hợp với độ cứng vững và độ bền thấp. Kim loại và chất dẻo thông thường sẽ có độ cứng vững cao hơn, độ bền cao hơn cao su. Đường cong ứng suất lý tưởng cho kim loại, chất dẻo thông thường và cao su được minh họa trong Hình 2.22[6]. Các yêu cầu của sản phẩm gioăng kính ô tô tải: - Sản phẩm phải có độ bóng đẹp . - Chi phí pha trộn nguyên liệu thấp, hiệu quả cao. - Có khả năng bịt kín tốt. - Có khả năng chịu thời tiết và chịu nhiệt tốt. - Với chức năng cố định kính, duy trì hình dạng tốt. Vật liệu gia công gioăng cao su: sử dụng loại nguyên liệu EPDM hoặc EPDM/SBR. Có thể mua nguyên vật liệu như cao su, bột than, chất xúc tiến và các chất khác để tự pha trộn, nhưng mua cao su trộn sẵn (CMB) là thuận tiện nhất. §é cứng phải đạt 90 ( Shore A), độ dãn dài tối thiểu là 100(%). 2.4.2. Công nghệ gia công các sản phẩm gioăng cao su Gia công sản phẩm gioăng cao su thông thường sử dụng phương pháp đùn liên tục.Phương pháp đùn được áp dụng để sản xuất các sản phẩm cao su có chiều dài lớn. Trong đó vật liệu cao su ở trạng thái chảy nhớt được máy đùn trục vít đẩy liên tục qua một khe hở có tiết diện nhất định gọi là đầu tạo hình (khuôn đùn sản phẩm). Bằng cách thay đổi đầu tạo hình hoặc kết hợp với các bộ phận xử lý phôi đùn khác nhau, máy đùn có thể sản xuất ra nhiều mặt hàng khác nhau như: màng mỏng, tấm phẳng, sợi, thanh, ống, bọc cáp và dây dẫn điện, các sản phẩm ống rỗng, lưới, gioăng kính ô tô, gioăng kính dân dụng... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 39 Hình 2.23. Dây truyền đùn gioăng cao su [6]. Máy đùn trục vít được chế tạo theo tiêu chuẩn, còn đầu tạo hình (khuôn đùn) thường xuyên thay đổi, được thiết kế rất đa dạng theo yêu cầu của sản phẩm. a. Máy đùn trục vít. Máy đùn trục vít có nhiều loại, tuỳ theo công dụng và vật liệu gia công mà người ta chọn loại máy thích hợp. Phân loại máy đùn trên cơ sở sau: - Theo số trục vít hoạt động. Máy đùn trục vít có thể có một hay nhiều trục vít (thường là 2 hoặc 3 vít). Đối với máy đùn nhiều trục vít, các trục vít có thể quay ăn khớp hoặc không ăn khớp, cùng chiều hoặc ngược chiều. Do cấu tạo phức tạp, nhất là bộ truyền động nên máy đùn nhiều trục vít ít được sử dụng trong công nghiệp đùn tạo hình mà thường dùng để trộn và nhựa hoá hỗn hợp nhiều cấu tử. - Theo công dụng. Theo công dụng thì được chia nhiều loại như: Máy đùn gia công chất dẻo, máy đùn gia công cao su, máy đùn sản xuất màng mỏng, ống... Đối với mỗi loại công dụng, đòi hỏi phải có 1 cấu tạo thích hợp để đảm bảo tính gia công tốt nhất. Việc dùng lẫn lộn nhau, không những không có hiệu quả kinh tế mà đôi khi không thực hiện được các quá trình kỹ thuật theo yêu cầu . b. Đầu đùn tạo hình. + Định nghĩa đầu tạo hình: Đầu tạo hình là một bộ phận được lắp vào phía trước của máy đùn để tạo hình cho sản phẩm. + Các yêu cầu cơ bản của đầu tạo hình: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 40 - Yêu cầu quan trọng của đầu tạo hình là trên bất kỳ mặt cắt ngang nào dòng vật liệu dịch chuyển với một tốc độ không đổi và các vị trí thay đổi không được phép đột ngột. Tại các vị trí này dòng chảy có thể bị ngưng trệ gây ra sự phân huỷ nhiệt. - Để tăng thêm áp lực trong máy, ở giữa đầu tạo hình và trục vít phải lắp thêm chi tiết tạo ra sức cản. - Các giai đoạn cơ bản diễn ra trong đầu tạo hình: - Giai đoạn chuyển dòng: Trong giai đoạn này chất dẻo được chuyển từ mặt cắt ngang hình vành khăn sang mặt cắt ngang gần với biên dạng bề ngoài của sản phẩm. - Giai đoạn tạo hình: Làm cho hình dạng dòng chảy chất dẻo tiếp nhận hình dạng mặt cắt ngang của sản phẩm cần sản xuất . - Giai đoạn là phẳng (chuốt): Làm cho hình dạng của dòng chất dẻo ổn định. + Phân loại đầu tạo hình: - Đầu đùn ống và các sản phẩm định hình rỗng, người ta sử dụng các đầu tạo hình bên trong có lõi. Các chi tiết cố định lõi sẽ tách dòng chảy gây ra sự bất đẳng hướng dòng chảy. Để khắc phục tình trạng này người ta thiết kế khe hở của chi tiết định vị lõi lớn hơn khe hở tạo ra chiều dày của ống hoặc chi tiết rỗng. Đầu tạo hình được thiết kế có đường để không khí được thổi vào giữa lõi với áp lực cao để tạo đường kính trong. - Đầu đùn màng mỏng. - Đầu tạo hình có lớp phủ. - Đầu tạo hình các loại gioăng kính ô tô, gioăng kính dân dụng. + Một số điểm quan trọng cần chú ý khi thiết kế đầu tạo hình: - Đối với đa số vật liệu Polyme có một giá trị ứng suất trượt tới hạn khoảng 4.10 5pa, nếu vượt quá giá trị này sẽ có những hiệu ứng xấu đối với chất lượng sản phẩm như nứt nẻ bề mặt, sản phẩm bị xoắn hay đứt đoạn.... Do đó, khi thiết kế đầu tạo hình, tốt hơn hết là giữ cho ứng suất trượt < 4.105pa. Ngoài ra để tránh tạo ra những điểm dừng của dòng chảy và giảm ứng suất trượt khi gia công, đầu vào của bộ phận dẫn cao su lỏng không nên để vuông góc mà phải gia công theo dòng chảy, thường là với một góc 200. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 41 - Hiệu ứng chảy rối có thể kéo dài từ đầu vào đến đầu ra, gây ra hiện tượng xấu đối với sản phẩm, nên chiều dài bộ phận này phải đủ lớn để dòng chảy ổn định lại trước khi đến đầu ra. - Khi nhựa đi qua đầu tạo hình (khuôn đùn) thì phần áp năng sẽ chuyển (20  25)% cho việc tiêu tốn sự giãn nở, phần còn lại sẽ bị tiêu hao dưới dạng nhiệt ma sát nội, khoảng 1,60C cho 70 kg/cm2. Phần lớn năng lượng này tiêu tốn ở vùng có vận tốc trượt cao, tức ở gần thành đầu khuôn đùn. Hậu quả là nhiệt độ vùng này cao hơn phần còn lại dẫn đến hiệu suất giảm và năng suất đùn tăng lên. Người ta định lượng khoảng 7% cho sự giảm áp 70kg/cm2. Sự gia nhiệt do ma sát của cao su lỏng, ngoài việc tăng năng suất máy đùn, nó còn làm giảm áp suất trong đầu tạo hình (áp suất ở đầu vít). Để có số liệu cho việc tính toán ban đầu chế độ hoạt động của máy đùn, người ta thường sử dụng phương trình dòng chảy chất lỏng của Newton để mô tả đặc tuyến của đầu tạo hình [17],[18]. DD W PK Q  . .     Trong đó: K: Hằng số đầu tạo hình, phụ thuộc hình dạng hình học đầu tạo hình. W: Trở lực của đầu tạo hình K W 1  đối với đầu tạo hình đơn giản. D : Độ nhớt biểu kiến (Độ nhớt Mooney) của nhựa lỏng trong đầu tạo hình. Ví dụ: - Đối với đầu tạo hình hình trụ: L R 8 . 4  - Đối với đầu tạo hình khe hẹp: L HW .12 . 3  - Đối với đầu tạo hình sản xuất ống: L RRRR .12 ))(( 31010  Để tính toán, ta xác định  D ở nhiệt độ và vận tốc trượt thích hợp khi chảy qua bộ phận đầu tạo hình. Đối với đầu tạo hình phức tạp thì việc tính toán hệ số K rất khó khăn và làm cho bài toán mang tính kinh nghiệm nhiều hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 42 c. Thiết bị đùn gioăng cao su Hình 2.24. Máy đùn gioăng cao su Máy đùn cao su đường kính mm120 , băng tải gia nhiệt 300mmx24m, hộp làm lạnh và hộp thu băng tải , khối gia nhiệt 300mmx300mmx360mmx24m (