Ứng dụng công nghệ CADCAM trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu Giới thiệu chung về công nghệ CADCAM. Ứng dụng của một số phần mềm CADCAM trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu. Luận văn thạc sỹ Ngành Công nghệ cơ khí
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ NGỌC TÙNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM TRONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHN MẪU CHÍNH XÁC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TĂNG HUY HÀ NỘI - 2010 LN V¡N tèt nghiƯp øng dơng cn CAD/CAM chÕ tạo khuôn mẫu MụC LụC Trang Lời cam đoan Danh mục từ viết tắt Danh mục hình vẽ Mở ĐầU Chơng TổNG QUAN Về công nghệ cad/cam ứng dụng chế tạo khuôn mÉu 1.1 Tỉng quan c«ng nghƯ CAD/CAM 1.1.1 Khái niệm CAD/CAM 1.1.2 Đối tợng phục vụ CAD/CAM 11 1.1.3 Những vấn đề CAD 12 1.1.4 Những vấn đề CAM 26 1.5 Vai trò CAD/CAM chu kỳ sản xuất 29 1.1.6 ứng dụng CAD/CAM thiết kế gia công tạo hình 30 1.2 ứng dụng công nghệ CAD/CAM ngành khuôn mẫu (khuôn đúc nhựa) 33 1.2.1 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM sản xuất khuôn mẫu giới 33 1.2.2 Khảo sát thị trờng khuôn mẫu Việt Nam Chơng 37 1.2.3 Đặc điểm việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM sản xuất khuôn mẫu Việt Nam 38 1.2.4 Giải pháp CAD/CAM cho ngành khuôn mẫu doanh nghiệp thực tế 39 Tìm hiểu phần mềm CAD/CAM xây dựng giải pháp CAD/CAM cho thiết kế khuôn 41 2.1 Giới thiệu phần mỊm CAD/CAM øng dơng thiÕt kÕ khu«n sư dơng đề tài 41 2.2 Giới Thiệu Phần Mềm CATIA - Thiết kế chi tiết khuôn 42 2.3 Giới thiệu phần mềm MoldFlow - Mô điền đầy chất lỏng khuôn 51 2.4 Công nghệ SCAN 3D øng dơng thiÕt kÕ chi tiÕt 52 2.5 Giíi thiệu phần mềm MASTERCAM lập trình gia công máy CNC 58 Trang LN V¡N tèt nghiƯp Ch−¬ng ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Thiết kế khuôn nhựa cho sản phẩm nhựa Tấm đỡ 61 3.1 Giới Thiệu Sản Phẩm & Hình ảnh Sản Phẩm 61 3.2 Thiết kế sản phẩm phần mềm CATIA 61 3.3 ThiÕt kÕ chi tiÕt b»ng c«ng nghƯ thiÕt kÕ ngợc: Reverse Engineering 62 3.4 Mô dòng điền đầy chât lỏng khuôn phần mềm Moldflow 65 3.4.1 Các bớc tiến hành 66 3.4.2 Các kết mô thu đợc 69 3.5 Thiết kế kết cấu khuôn module MOLD Designphần mềm CATIA Chơng 71 3.5.1 Khởi động môi trờng MOLD DESIGN 71 3.5.2 Tạo mặt lòng lõi: 71 3.5.3 Tách lòng lõi khuôn 72 3.5.4 Thiết kế hệ thống đẩy 73 3.5.5 Hệ thông phun nhựa 74 3.5.6 Thiết kế lõi bên, ®Èy ngang – Slide 77 øNG DơNG MASTERCAM lËp tr×nh gia công mặt định hình (mặt lõi khuôn) 81 4.1 Sơ đồ lập kế hoạch trình gia công CAM chế tạo sản phẩm 81 4.2 Truyền liệu chạy chơng trình máy gia công tự động CNC 84 Kết luận đề tài 86 TàI liệu tham khảo 87 PHơ LơC 88 Trang LN V¡N tèt nghiƯp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Lời cam đoan Tôi xin cam đoan nội dung luận văn kết nghiên cứu thân, không chép Các trích dẫn đợc sử dụng theo danh mục tài liệu tham khảo đính kèm Tác giả: Vũ Ngọc Tùng Trang LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Danh mục chữ, kí hiệu viết tắt CAD: Computer Aided Design CAM: Computer Aided Manufacturing CNC: Computer Numerical Control CAE: Computer Aid Engineering CNTT: C«ng nghƯ th«ng tin RE: Reverse Engineering (Công nghệ thiết kế ngợc) Trang LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu DANH MụC CáC HìNH Vẽ Hình 1: CAD/CAM gia công CNC Hình2: Phản ánh giai đoạn thiết kế nhờ máy tính trình thiết kế Hình 3: ứng suất biến dạng thể qua màu sắc Hình 5: Quan hệ mong muốn sở liệu CAD/CAM với CAD CAM Hình Sự khác theo dõi (a) điều khiển (b) qúa trình nhờ máy tính Hình CAM để hỗ trợ sản xuất Hình 8: Sơ đồ chu kì sản xuất thông thờng Hình 9: Sơ đồ chu kì sản xuất với công nghệ CAD/CAM Hình 10: Qui trình thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống Hình 11: Qui trình thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM Hình 12: Các phần mềm CAD/CAM phổ biến giới Hình 13-14: Tình hình thụi trờng CAD/CAM giới Hình 15: Sơ đồ quy trình sản xuất khuôn công nghệ CAD/CAM Hình 16: Các Module CATIA Hình 17: Trình tự thiết kế khuôn CATIA Hình 18: Chức tạo mặt phân khuôn CATIA Hình 19: Phần mềm MoldFlow Hình 20: Hình ảnh số máy quét Laser Hình 21: ứng dụng thiết kế ngợc Hình 22: ứng dụng thiết kế ngợc ngành khuôn mẫu Hình 23: Phần mềm RapidForm Hình 24: Phần mềm MASTERCAM Hình 25: Hình ảnh chi tiết thiết kế khuôn Hình 26: Chi tiết thiết kế CATIA Hình 27: Hình ảnh trình Scan chi tiết máy FARO Hình 28: Dữ liệu scan mặt Hình 29: Dữ liệu scan mặt Hình 30: Dữ liệu sau lọc nhiễu ghép phần Hình 31: Phân mảng liệu Hình 32: Mô hình CAD hoàn chỉnh Trang LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Hình 33: Më chi tiÕt H×nh 34: Chia l−íi chi tiÕt Hình 35: Chọn vật liệu Hình 36: Vị trí cuống phun Hình 37: Lựa chọn chế độ ép phun Hình 37-42: Các kết mô Hình 43: Mặt lõi khuôn Hình 44 : Tấm lòng khuôn Hình 45 : Tấm lõi khuôn Hình 46 : Tấm lòng khuôn Hình 47 : Hệ thống đẩy Hình 48: Cuống phun bạc cuống phun Hình 49: Lõi đẩy ngang Hình 50: Chốt dẫn hớng Hình 51: Bạc dẫn hớng Hình 52: Tổng thể khuôn Hình 53: Hình ảnh gia công m¸y CNC Trang LN V¡N tèt nghiƯp øng dơng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Mở đầu Trên giới, cách mạng máy tính điện tử đà có tác động lớn vào sản xuất công nghiệp Đặc biệt, ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu đại, công nghệ thông tin (CNTT) đà đợc ứng dụng rộng rÃi, để nhanh chóng chuyển đổi trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang sản xuất công nghệ cao (CNC); nhờ giai đoạn thiết kế chế tạo khôn mẫu bớc đợc tự động hoá nhờ ứng dụng công nghệ CAD/CAM - đó: CAD thiết kế với trợ giúp máy tính điện tử; CAM sản xuất với trợ giúp máy tính điện tử, đợc gọi gia công điều khiển số) Việt Nam ,trong năm 1991- 1994 Viện Máy dụng cụ công nghiệp (Viện IMI) đà đợc tiếp nhận dự án Liên hợp quốc chuyển giao công nghệ thiết kế, phát triển chế tạo khuôn mẫu Kết thúc dự án vào 4/1994 dự án đợc Liên hợp quốc đánh giá dự án UNIDO công nghiệp thành công Việt Nam Từ ®Õn ViƯn IMI vÉn liªn tơc chun giao réng rÃi công nghệ sản xuất khuôn mẫu cho sở sản xuất khuôn mẫu nớc nhằm nhanh chóng phát triển đa ngành công nghiệp khuôn mẫu thành ngành công nghiệp mũi nhọn, thúc đẩy ngành công nghiệp khác phát triển Tuy nhiên đến thời điểm trớc năm 2000 hạn chế lực thiết kế chế tạo với đầu t cha hợp lý, sở hoạt động tình trạng khép kín, hệ thống máy móc dây chuyền lạc hậu cha đồng nên doanh nghiệp nớc đáp ứng đợc phần sản xuất khuôn mẫu phục vụ cho chế tạo sản phẩm khí tiêu dùng phần cho công ty liên doanh nớc ngoài.Với sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao (máy giặt, tủ lạnh, điều hoà, ô tô, xe máy) , cần dùng khuôn có yêu cầu thiết kế gia công phức tạp hầu hết phải nhập bán thành phẩm nhập khuôn từ nớc vào sản xuất Bên cạnh nguyên nhân nh doanh nghiệp SXKM nớc đa phần hoạt động tình trạng tự khép kín, cha có phối hợp, liên kết với để vào thiết kế sản xuất chuyên sâu vào mặt hàng chủng loại ,trang thiết bị hầu hết sở thuộc trình độ công nghệ thấp, có nơi đà đầu t trang thiết bị công nghệ cao, nhng đầu t lại trùng lặp cha có hợp t¸c Trang LN V¡N tèt nghiƯp øng dơng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu doanh nghiệp sản xuất, có nguyên nhân quan trọng khác việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM vào thiết kế chế tạo khuôn mẫu nhiều hạn chế Từ năm 2000 đến nay, thị trờng sản phẩm nhựa Việt nam liên tục tăng trởng với nhua cầu ngày cao, từ sản phẩm nhựa gia dụng đến chi tiết máy Do ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu liên tục tăng trởng, nhiều doanh nghiệp đà dần ứng dụng công nghệ CAD/CAM vào trình sản xuất Hiện hầu hết sản phẩm CAD/CAM hÃng lớn giới nh CATIA, SOLIDWORKS, MASTERCAM, INVENTORđều đà có mặt Việt Nam tạo điều kiện lớn cho ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu tiếp tục phát triển Với mạnh chi phí nhân công, môit trờng đầu t hấp dẫn, Việt Nam hoàn toàn phát triển theo kịp nớc nh Đài Loan, Hàn Quốc Để làm đợc nh bên cạnh việc đại hóa trang thiết bị máy móc, quản lý vĩ mô, việc tiếp cận ứng dụng thành tựu công nghệ CAD/CAM yêu cầu thiếu Cho nên mục đích nghiên cứu luận văn ứng dụng công nghệ CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu nhằm tìm gia giải pháp CAD/CAM hiệu quả, phù hợp với thực tế sản xuất ngành chế tạo khuôn mẫu Việt Nam Nội dung đợc trình bày luận văn bao gồm: Mở đầu Chơng 1: Tổng quan công nghệ CAD/CAM ứng dụng chế tạo khuôn mẫu Chơng 2: Xây dựng giải pháp CAD/CAM ứng dụng thiết kế chế tạo khuôn ép phun nhựa Chơng 3: Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa giá đỡ Chơng 4: Lập trình gia công MASTER CAM cho bề mặt định hình Lõi khuôn Kết luận đề tài Trang LN V¡N tèt nghiƯp øng dơng cn CAD/CAM chÕ tạo khuôn mẫu Chơng 1: Tổng Quan Về Công Nghệ CAD/CAM Và ứng dụng ngành khuôn mẫu 1 Tổng quan công nghệ CAD/CAM 1.1.1 Khái niệm CAD/CAM Những năm cuối kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đà trở thành lĩnh vực đột phá thiết kế, chế tạo sản xuất sản phẩm công nghiệp Hình 1: CAD/CAM gia công CNC CAD (Computer Aided Design - Thiết kế với trợ giúp máy tính) CAM (Computer Aided Manufacturing - Sản xuất (gia công) dới trợ giúp máy tính) đợc ghép nối với trở thành loại hình công nghệ cao, lĩnh vực khoa học tổng hợp liên ngành vật liệu - Cơ khí - Tin học - Điện tử - Tự động hoá Cùng với phát triển khoa học máy tính CAD/CAM đà đợc nhân thức chấp nhận nhanh chóng công nghiệp hạt nhân để sáng tạo sản xuất sản phẩm, để tăng suất lao động, giảm cờng độ lao động tự động hoá trình sản xuất (tức nâng cao độ xác chi tiết đạt hiệu kinh tế cao) Trang LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu b) Cavity surface: mặt lòng khuôn Hình 44 : Mặt lòng khuôn 3.5.3 Tách lòng lõi khuôn Sau tạo khuôn ban đầu xong ta định vị chi tiết cho phù hợp Cavity Core tiến hành tách lòng khuôn lõi khuôn cách : Nhấn phím phải chuột vào Cavity plate th mục chọn Cavityplate.1 object split component để tạo lòng khuôn Tơng tự vào Core plate để tạo lòng khuôn dới ta đợc lòng lõi khuôn : - Core plate : lõi khuôn (hình 45) Trang 73 LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu - Tấm lòng khuôn : Cavity plate Hình 46 : Tấm lòng khuôn 3.5.4 Thiết kế hệ thống đẩy * Cơ sở lý thuyết : Chức hệ thống đẩy lấy sản phẩm sau mở khuôn Khi thiết kế hệ thống đẩy cần tuân theo số quy định sau : + Khoảng đẩy A(trong hình vẽ) phải lớn từ đến 10mm so với chiều dài sản phẩm đợc lấy từ khuôn sau (hình 3.5.3.1) Hành trình đẩy phải lớn chiều cao s¶n phÈm - 10 mm 5-10(mm) + Sau sản phẩm đợc đẩy ra, hệ thống đẩy phải trở vị trí ban đầu để chốt đẩy không làm hỏng hóc lòng khuôn khuôn trớc đóng khuôn Vì cần chốt hồi nh hình vẽ Trang 74 LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Sản phẩm Chèt ®Èy A Chèt håi + KÝch th−íc cđa chèt ®Èy cịng rÊt quan träng, nã phơ thc vµo kÝch thớc sản phẩm + Có nhiều loại hệ thống ®Èy ®ã hƯ thèng ®Èy b»ng c¸c chèt ®Èy tròn thông dụng Vì đơn giản để đa vào lòng khuôn lỗ tròn chốt tròn dễ gia công Thiết kế hệ thống đẩy nh h×nh d−íi: (H×nh 47) Trang 75 LN V¡N tèt nghiƯp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu 3.5.5 Hệ thông phun nhựa: * Cơ sở lý thuyết: - Cuống phun chỗ nối vòi phun máy phun kênh nhựa Bạc cuống phun đợc dùng chung sử dụng đợc tiêu chuẩn hoá Kích thớc cuống phun phụ thuộc vào yếu tố: - Khối lợng độ dày thành sản phẩmcũng nh loại vật liệu nhựa đợc sử dụng Khi biết đợc khối lợng sản phẩm(tính gam) ta xác định đợc đờng kính D nh hình dới đây: 800 700 600 w(g) 500 400 s=4 s=5 s=2 s=3 s=3 s=4 s=1 s=1 200 s=2 300 100 d( mm) Trong đó: W: khối lợng (g) D: đờng kính mặt cắt ngang (mm) S : chiỊu dµy thµnh(mm) - KÝch th−íc lỗ vòi phun máy ảnh hởng đến kích thớc cuống phun - Độ mở cuống phun phải lớn đờng kính miệng lỗ vòi phun máy gia công nhựa từ 0.5 đến 1mm - Bán kính bạc cuống phun vòi phun phải tạo nên đợc liên kết phù hợp chúng Bán kính bạc cuống phun phải lớn 2-5mm so víi Trang 76 LN V¡N tèt nghiƯp øng dơng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu bán kính vòi phun để đảm bảo khe hở cuống phun vòi chúng tiếp xúc với - Góc côn cuống phun quan trọng góc côn nhỏ gây khó khăn tháo cuống phun khỏi bạc cuống phun Còn góc côn to , làm cho phần đáy cuống phun phảI lớn , mà điều ảnh hởng đến thời gian làm nguội Góc côn tối thiểu nên * áp dơng thiÕt kÕ: Víi chi tiÕt cã thµnh máng 2mm, khối lợng nhỏ ta chọn theo tiêu chuẩn DME có thông số cuống phun bạc cuống phun nh hình sau: Hình 48: Cuống phun bạc cuống phun Trang 77 LN V¡N tèt nghiƯp øng dơng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu 3.5.6 Thiết kế lõi bên, ®Èy ngang – Slide H×nh 49: Lâi ®Èy ngang 3.5.7 Chốt dẫn hớng bạc dẫn hớng khuôn: - Chốt dÉn h−íng: H×nh 50: Chèt dÉn h−íng Trang 78 LN V¡N tèt nghiƯp - øng dơng cn CAD/CAM chÕ t¹o khuôn mẫu Bạc dẫn hớng: Hình 51: Bạc dẫn hớng Ta thiết kế đợc tổng thể khuôn nh sau: - n khu«n: Trang 79 LN V¡N tèt nghiƯp - øng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Mặt trớc khuôn: Hình 52: Tổng thể khuôn Trang 80 LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Chơng ứng dụng MASTERCAM gia công bề mặt Lõi khuôn 4.1 Sơ đồ lập kế hoạch trình gia công CAM chế tạo sản phẩm: ý tởng nhu cầu khách hàng Phân tích kỹ thuật sản phẩm Thiết kế CAD (Xây dựng mô hình hình học) Bao gồm: - Xác định hàm gia công thích hợp cho sản phẩm - Chọn dụng cụ gia công - Chọn thông số công nghệ: Chế độ cắt, chiều sâu cắt, lợng chạy dao, hớng cắt - Xác định kiểu đờng chạy dao - Tính toán đờng chạy dao phần mỊm CATIA thùc hiƯn - Post - Processor: T¹o tệp chơng trình NC phù hợp với hệ điều hành máy Lập quy trình công nghệ gia công Truyền liệu NC Code sang nhớ máy CNC Gia công máy điều khiển số CNC Trang 81 LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Lập trình gia công MASTERCAM: Công Thông số công nghệ Dao đoạn Phay mặt đầu Tốc độ trục S=300v/p Bớc tiến: f = 100 mm/p Chiều sâu cắt t = mm - Dao hỵp kim D25mm Trang 82 Hình ảnh gia LUậN VĂN tốt nghiệp Công đoạn ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Thông số c«ng nghƯ Dao Phay th« S = 1200 v/p, f = 1000 mm/p, t = 0.3 mm Dao phay cÇu D25 B¸n tinh S = 600 v/p, f = 350 mm/p, t = 0.2 mm Dao phay cÇu D10 Phay tinh S = 800 v/p, f = 150 mm/p, t = 0.1mm Dao phay cầu D5 Thiết lập MASTERC AM Trang 83 Hình ảnh gi LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Sau lập trình gia công, tiến hành chạy mô MASTER CAM kiểm tra Sau xuất sang file gia công với mà G-code 4.2 Truyền liệu chạy chơng trình máy gia công tự động CNC - Gia công máy CNC: Trang 84 LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Hình 53: Hình ảnh gia công máy CNC Nhận xét: Sản phẩm đợc gia công trung tâm gia công hÃng HAMAI Nhật Bản, quy trình gia công theo chơng trình lập trình đợc đảm bảo Tuy nhiên chất lợng gia công bề mặt mức trung bình máy loại đà qua sử dơng Trang 85 LN V¡N tèt nghiƯp øng dơng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Kết luận: Ta thấy việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM vào trình thiết kế chế tạo khuôn đem lại nhiều lợi ích nh: - Giảm thiểu thời gian thiết kế, tăng suất - Dễ dàng thiết kế khuôn phức tạp - Gia công đợc bề mặt công phức tạp - Độ xác gia công cao - Giảm thiểu điều chỉnh kịp thời sai sót trình thiết kế gia công khuôn Vì việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM vào trình thiết kế chế tạo khuôn mẫu nhu cầu tất yếu Giải pháp CAD/CAM đợc xây dựng đủ để thiết kế cho hầu hết loại khuôn cần thiết Tuy nhiên tùy vào điều kiện làm việc cụ thể, chi phí đầu t thay phần mềm tơng đơng hệ thống để đợc giải pháp phù hợp Trang 86 LUậN VĂN tốt nghiệp ứng dụng cn CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu Tài liệu tham khảo Nguyễn Thế Tranh - Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Giáo trình Công nghệ Cad/Cam Ts L−u quang huy , C¬ së cad/cam thiết kế chế tạo, NXB Hà Nội Phan hữu phúc (2000), CAD/CAM thiết kế chế tạo có máy tính trợ giúp , NXB Giáo dục TrÇn VÜnh H−ng, TrÇn Ngäc HiỊn (2001), Mastercam, NXB Khoa häc kü tht Ngun Träng H÷u (2004), ThiÕt kÕ sản phẩm với CATIA, NXB Giao thông vận tải Mikell p.groover 1987, CAD/CAM computer Aid and manufacturing Trang 87 ... Thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống - Thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ CAD/ CAM 1.1.6.1 Thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống Trong công nghệ truyền... quan công nghệ CAD/ CAM 1.1.1 Khái niệm CAD/ CAM Những năm cuối kỷ 20, công nghệ CAD/ CAM đà trở thành lĩnh vực đột phá thiết kế, chế tạo sản xuất sản phẩm công nghiệp Hình 1: CAD/ CAM gia công CNC CAD. .. với công nghệ CAD/ CAM Hình 10: Qui trình thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống Hình 11: Qui trình thiết kế gia công tạo hình theo công nghệ CAD/ CAM Hình 12: Các phần mềm CAD/ CAM