ĐỒ ÁN CADCAM CHẾ TẠO KHUÔN KHAY GIA VỊ

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NHỰA VÀ KHUÔN ĐÚC 3 1. Giới thiệu vật liệu nhựa: 3 2. Giới thiệu về khuôn đúc: 4 CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CHI TIẾT VÀ QUÁ TRÌNH LÀM KHUÔN 8 1. Lựa chọn chi tiết : 8 2. Chọn khuôn : 9 3. Thiết kế khuôn dưới chén đựng gia vị trên phần mềm Creo Parametric : 9 CHƯƠNG III: LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG 12 1. Phân tích khả năng công nghệ để gia công chi tiết: 12 2. Lựa chọn máy và nêu các thông số kỹ thuật của máy: 12 3. Lập quy trình công nghệ gia công khuôn dưới chén đựng gia vị 14 4. Chọn dao gia công và tính toán chế độ cắt cho từng nguyên công 15 CHƯƠNG IV: QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG GIA CÔNG 25 1. Tạo phôi chi tiết 25 2. Tạo máy gia công và mặt phẳng gia công 27 3. Lập quy trình gia công 28 4. File gia công phay mặt đầu 34 LỜI NÓI ĐẦU Cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển rộng khắp và đạt được những thành tựu to lớn trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa sản xuất. Việc ứng dụng tin học và điều khiển vào trong các loại máy cắt kim loại khiến cho chúng có độ tin cậy với tốc độ xử lí nhanh hơn và giá thành hạ hơn. Trong dây chuyền sản xuất linh hoạt thì máy điều kiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trò rất quan trọng. Sử dụng máy công cụ điều khiển số (CNC) cho phép giảm quá trình gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu kinh tế đồng thời rút ngắn được quá trình sản xuất. Chính vì những ưu điểm vượt bật đó, các máy CNC ngày càng được sử dụng rộng rất trong nhiều lĩnh vực gia công chính xác. Việc nắm bắt và sử dụng các máy công cụ điều khiển số trở thành ưu tiên hàng đầu đối với các cán bộ khoa học cũng như sinh viên các trường kĩ thuật. Với yêu cầu thực tế đó việc đào tạo về lĩnh vực CNC trong trường đại học Bách khoa Đà Nẵng đang rất được quan tâm và đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Nằm trong sự định hướng trên là đồ án Công nghệ CADCAMCNC. Mục tiêu chủ yếu của đồ án môn học này là giúp cho sinh viên vận dụng các kiến thức đã học, ứng dụng máy tính để thiết kế và lập trình gia công chi tiết trên máy công cụ CNC. Do thời gian hoàn thành đồ án quá ngắn và đây là một lĩnh vực còn mới mẻ cũng như sự hạn chế của bản thân nên chắc chắn đồ án còn có nhiều thiếu sót, kính mong các thầy góp ý để dần hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Đình Sơn đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em rất nhiều trong tiến trình hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, ngày 15, tháng 06, năm 2023 Sinh viên thực hiện Phạm Văn Lành CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NHỰA VÀ KHUÔN ĐÚC 1. Giới thiệu vật liệu nhựa: a) Khái niệm: Nhựa là một hợp chất gồm các phần tử được hình thành do sự lặp lại của một hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử liên kết với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một loại tính chất mà chúng thay đổi không đáng kể khi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo. b) Phân loại nhựa: Phân loại theo tính chịu nhiệt: Nhựa nhiệt dẻo: Thông thường là các Polyme mạch thẳng. Ở nhiệt độ xác định chúng có thể chảy trở thành dẻo, nhỏ hơn nhiệt độ này thì chúng rắn lại Ví dụ như PP, PE, PVC, PS,PC, PET… được ứng dụng sản xuất chai, lọ, ống nước… Nhựa nhiệt rắn: Là các Polyme có khối lượng phân tử không cao lắm, ở nhiệt độ cao chúng không thể chảy mềm và không hòa tan trong dung môi. Ví dụ như PF, MF…được ứng dụng làm tay cầm chảo, tay cầm xoong nồi… Phân loại theo cấu trúc: Polyme mạch thẳng: Đại phân tử của nó là các chuỗi các mắt xích nối liền nhau theo đường dích dắc hay xoắn ốc. Ví dụ như: PE, PA… Polyme mạch nhánh: là mạch thẳng nhưng trong đại phân tử của nó có thêm các nhánh. Ví dụ như PIB Polyme không gian: các monome có ba nhóm hoạt động tạo nên polyme không gian ba chiều có tính cơ lý nhiệt đặc biệt. Ví dụ như Epoxy Polyme mạng lưới: Các mạch cạnh nhau trong Polyme này được nối với nhau bằng lien kết động hóa trị. Ví dụ như Cao su lưu hóa. 2. Giới thiệu về khuôn đúc: a) Khuôn cơ bản: Hình 1: Khuôn cơ bản 1. Ban đầu, phần bàn máy của khuôn động sẽ chuyển động từ trái qua phải, mang theo phần khuôn động (Core Side). 2. Trục dẫn hướng (Guide pin) và Bạc dẫn hướng (Guide Bush) sẽ dẫn hướng cho 2 nửa khuôn động và tĩnh. 3. Khi phần khuôn động áp vào phần khuôn tĩnh (Cavity Side) ở mặt phân khuôn (parting line) thì máy đúc sẽ bơm nhựa vào lòng khuôn ở trên hình ảnh bạn nhìn thấy đó là phần màu đỏ. Tùy thuộc vào độ lớn của sản phẩm, trong khoảng từ 18 đến 60 giây thì nhựa sẽ điền đầy lòng khuôn. 4. Sau đó hệ thống làm mát sẽ hoạt động. 5. Lúc này trục đẩy của máy đúc (Ejector Rod) sẽ đẩy 2 tấm đẩy (Ejector Plate) và kéo theo đó là đẩy cả hệ thống đẩy giúp đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn. 6. Trong quá trình đẩy thì tấm đẩy cũng nén lò xo của khuôn. Khi trục đẩy của máy đúc trở về vị trí cũ, lực tác động lên tấm đẩy không còn nữa, lúc này lực nén lò xo sẽ đóng vai trò giúp tấm đẩy trở về vị trí ban đầu để bắt đầu lần đúc mới với sự trợ giúp của cả Chốt hồi (Return Pin). b) Khuôn có AnGular Slide Hình 2: Khuôn có AnGular Slide 1. Ban đầu, phần bàn máy của khuôn động sẽ chuyển động từ trái qua phải, mang theo phần khuôn động (Core Side). 2. Trục dẫn hướng (Guide pin) và Bạc dẫn hướng (Guide Bush) sẽ dẫn hướng cho 2 nửa khuôn động và tĩnh. 3. Bạn sẽ thấy là khi đó Cam (Angular Pin) ở trên hình ảnh bạn nhìn thấy màu xanh – sẽ khớp với lõi trượt (Angular Slide) và đẩy lõi trượt vào giúp tạo các lỗ và phần undercut. 4. Khi phần khuôn động áp vào phần khuôn tĩnh (Cavity Side) ở mặt phân khuôn (parting line) thì máy đúc sẽ bơm nhựa vào lòng khuôn ở trên hình ảnh bạn nhìn thấy đó là phần màu đỏ. Tùy thuộc vào độ lớn của sản phẩm, trong khoảng từ 18 đến 60 giây thì nhựa sẽ điền đầy lòng khuôn. 5. Sau đó hệ thống làm mát sẽ hoạt động. 6. Tiếp đó bàn máy sẽ đưa khuôn động dịch chuyển từ trái sang phải để tách mặt phân khuôn. Lúc này do có góc nghiêng cộng với tác dụng của lò xo (Coil Spring) thì Cam sẽ kéo lõi trượt về vị trí ban đầu giúp cho lõi trượt không cản trở việc đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn, phần cản trở của undercut sẽ được giải phóng 7. Lúc này trục đẩy của máy đúc (Ejector Rod) sẽ đẩy 2 tấm đẩy (Ejector Plate) và kéo theo đó là đẩy cả hệ thống đẩy giúp đẩy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn 8. Trong quá trình đẩy thì tấm đẩy cũng nén lò xo của khuôn. Khi trục đẩy của máy đúc trở về vị trí cũ, lực tác động lên tấm đẩy không còn nữa, lúc này lực nén lò xo sẽ đóng vai trò giúp tấm đẩy trở về vị trí ban đầu để bắt đầu lần đúc mới với sự trợ giúp của cả Chốt hồi (Return Pin) c) Khuôn đẩy bằng tấm: Hình 3: Khuôn đẩy bằng tấm d) Khuôn có Insert: Hình 4: Khuôn có Insert Phần Insert của sản phẩm nhựa thường có them là các ren nhôm, ren đồng để chèn vào sản phẩm cần tạo ren hoặc những phần đặp biệt của chi tiết nhỏ cần phải có màu sắc. Hoặc vật liệu khác nhựa so với chi tiết lớn. e) Khuôn có Slope Slide: Hình 5: Khuôn có Slope Slide Đối với những sản phẩm mà hướng rút của sản phẩm undercut không hướng ra ngoài mặt phân khuôn thì người ta không thể sử dụng cơ cấu Angular Slide mà phải sử dụng cơ cấu Slide nghiêng. CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CHI TIẾT VÀ QUÁ TRÌNH LÀM KHUÔN 1. Lựa chọn chi tiết : Chi tiết được chọn chính là khuôn ép mẫu nhựa, mẫu nhựa là chén đựng gia vị Hình 6: Chén nhựa đựng gia vị Theo thực tế chén đựng gia vị được sản xuất từ vật liệu nhựa là ABS ( Acrylon Butadiene Styrence Plastics). Đây là loại vật liệu nhựa có độ bền trung bình, giá thành không cao, thuộc loại nhựa dẻo. Cấu tạo gồm 3 đơn phân tử Acrylonnitrile, Butadiene, Styrence. Các phân tử này ảnh hưởng đến tính chất của ABS: Tính cứng, tính bền với nhiệt độ và hóa chất là do Acrylonnitrile, tính dễ gia công, tính bền của Styrene, độ dẻo độ dai và độ va đập là của Butadiene Hình 7: Cấu trúc vật liệu ABS Theo thông số kỹ thuật tra bảng thì vật liệu ABS có độ co rút là 0. 4 %– 0.7% Và mật độ là 1,06 gcm2. Do tính chất này nên khi làm khuôn chúng ta phải kể đến độ co rút của vật liệu nhưa, để sản phẩm sau khi đúc ra thỏa mãn đúng yêu cầu đề ra. Vật liệu làm khuôn nhựa thường dung vật liệu thép CT3, C45, C50…đây là những vật liệu thông dung, giá rẻ có độ cứng khoảng 30HRC nên dễ gia công. Ngoài ra tùy vào yêu cầu sản phẩm và khách hàng mà chọn các vật liệu khác.như SKD11, SKD6… Theo yêu cầu kỹ thuật đề ra là đúc khay xà phòng vật liệu ABS yêu cầu độ bóng cao nên ở đây em chọn vật liệu SKD11 làm khuôn đúc. 2.Chọn khuôn : Chọn dạng khuôn cơ bản. Khuôn luôn tiếp xúc vật liệu nhựa nóng chảy có nhiệt độ từ 150 ÷ 2000C. Chịu áp lực trung bình, tải trọng va đập nhỏ, vật liệu nhựa khi nguội có độ cứng 20HB. Do đó ta chọn vật liệu làm khuôn là thép SKD11. Các đặc điểm kỹ thuật của khuôn: Có độ cứng là 230 ÷ 300 HB Độ bền thấp do độ thấm tôi nhỏ, độ bền 750 ÷ 850MNm2. Rẻ và có tính công nghệ tốt. Thành phần hóa học của thép SKD11. Bảng thành phần hóa học của thép SKD11 C Si Mn S P Ni Cr 0,4 0,5 0,17 0,37 0,5 0,8 0,045 0,045 0,30 0,30 3. Thiết kế khuôn dưới chén đựng gia vị trên phần mềm Creo Parametric : Chọn File → New → Manufacturing → Mold Cavity → Đặt tên ở File name → Bỏ chọn Use default template → OK → Chọn mmns_mold_lay → OK. Chọn Workpiece > Create workpiece > Nhập tên phôi > OK. Tạo mặt phẳng phân khuôn → Chọn Mold opening để mở khuôn. Sau tất cả các bước trên ta sẽ có được kết quả như sau: Hình 8: Sơ đồ tách khuôn chén đựng gia vị Hình 9: Khuôn trên chén nhựa đựng gia vị Hình 10: Khuôn dưới chén dựng gia vị Hình 11: Phôi dùng để gia công khuôn dưới chén đựng gia vị Kích thước phôi: L x W x H = 100mm x 100mm x 50mm CHƯƠNG III: LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG 1. Phân tích khả năng công nghệ để gia công chi tiết: Trong các dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, qui trình công nghệ được xây dựng theo nguyên tắc phân tán hoặc tập trung nguyên công. Do mổi máy thực hiện một nguyên công thì qui trình công nghệ được chia ra các nguyên công đơn giản có thời gian nhịp như nhau hoặc bội số của nhiều. Theo nguyên tắc chung nguyên công thì qui trình công nghệ thực hiện trên máy phay CNC EMCO Mill 155 tự động. Dựa vào nguyên tắc trên ta phân loại phương án gia công theo các đặc điểm sau: Nguyên công: khuôn trên chén đựng gia vị Dạng sản xuất: hàng khối Gia công nhiều vị trí Gia công bằng loại dao Phương pháp gia công tuần tự Đây là dạng sản xuất hàng loạt vừa, để chuyên môn hóa cao và đạt năng suất cao trong điều kiện Việt Nam đường lối công nghệ thích hợp là phân tán nguyên công. Ở đây là máy CNC kết hợp với đồ gá chuyên dùng và các máy chuyên dùng để chế tạo. Cần gia công khuôn dưới của chi tiết chén đựng gia vị, vật liệu thép SKD11, độ cứng 130 ÷ 300 HB, độ bóng Ra= 0.04µm. 2. Lựa chọn máy và nêu các thông số kỹ thuật của máy: Sau khi xác định các phương pháp gia công và đồ gá đặt như hình vẽ tiến hành chọn máy. Ta gia công phần sơ bộ phôi bằng các máy đa năng như máy phay cơ hoặc máy bào. Những phần khó như là khuôn phay bằng máy phay CNC. Việc tiến hành chọn máy phụ thuộc vào độ chính xác và độ bóng bề mặt gia công. Chọn máy phay CNC Mill 155 Hãng Emco của Áo vì một số đặc điểm sau: Kích thước máy phù hợp với kích thước của chi tiết gia công Máy Mill 155 là loại máy CNC Milling 4 trục có thể gia công được các chi tiết có hình dạng 3D. Máy đảm bảo được năng suất gia công. Có nhiều ưu điểm so với các máy thông thường điều khiển bằng tay nhờ thực hiện bằng cách nạp chương trình từ máy vi tính vào máy. Bảng 1: Thông số kỹ thuật của máy Techical Data Concept Mill 155 Traverse paths XYZ 300200300 mm Effective Zstroke 200 mm Milling spindle Bearing, font bearing spindle bearing radius 80mm Milling table Clamping surface (L x W) 520 x 180 mm Max table load 20 kg Tstations:numberwidthdistance 312 mm45 mm Main drive Asynchronous AC motor, power 2.5 or 4 kW Speed range 1505000 or 10 000 rpm Feed drives step motor Positioning variation acc. to VDI 3441(X axis) 0.003 mm Positioning variation acc. to VDI 3441(Y axis) 0.003 mm Positioning variation acc. to VDI 3441(Z axis) 0.004 mm Rapid traverse in XYZ 7.5 mmin Max. feed force in XYZ 2500 N Tool system drum turret with directional logic Number of tool holding fixtures 10 Tool holding fixture similar DIN 2079, SK 30 Tool tensionning automatic Max.tool weight 0.8 kg Max.tool diameter 70 mm Max.tool length 200 mm C axisNc dividing attachment Resolution 0.01 độ Max.speed 44 rpm Max.feed torque 20 Nm Lubrication device Guideways central oil lubrication Main spindle lifetime grease lubrication Electrical connection Power supply 400V, 5060 Hz Connection load of the machine 5 kVA Max. prefuse of the machine 20 A Safety devices Fully enclosed working area, axis overtravel Limit swiches, door limit switch, Emergencyoff swich CEcomplaint Dimensions Machine dimensions(L x D x H) 1502 x 1284 x 1925 mm Weight 700 3.Lập quy trình công nghệ gia công khuôn dưới chén đựng gia vị Bảng 2: Quy trình công nghệ gia công khuôn dưới chén đựng gia vị Thứ tự nguyên công Tên bước gia công 1 Phay mặt đầu 2 Phay thô biên dạng khuôn 3 Phay bán tinh biên dạng khuôn 4 Phay tinh mặt khuôn và viền 5 Phay tinh biên dạng khuôn 6 Khoan lỗ định vị 4. Chọn dao gia công và tính toán chế độ cắt cho từng nguyên công:  Nguyên công 1: Phay mặt đầu Chọn dao cắt: APX3000R323SA32SA , Hãng dao Mishubishi Tra bảng Datasheet của dao có được: D1=32(Đường kính từ 28÷100mm) L1=40mm, L7=18mm, L8=5.6mm, D8=9mm, W1=8,4mm; D9=16mm; D11=14mm; D12=30mm Chọn thép dụng cụ dao có độ cứng 300HB (Độ cứng từ 180÷350HB) Vận tốc cắt: Vc=160(mphút ), Fz=0,1 (mmrăng) Số lưỡi răng: Z=5(răng) Chế độ cắt như sau: Công thức tính n = = = 1592 (vòngphút) Chọn: n=1600(vòngphút) Suy ra lượng chạy dao Vf = n .Fz. Z = 1600 . 0,1.5 = 800 (mmphút) Vậy Vf = 800 (mmphút) Chiều sâu bề mặt cắt: Ap = 0.5mm Chiều rộng bề mặt cắt: Ae = 0,5. D1 =16 mm  Nguyên công 2: Phay thô biên dạng khuôn Thông số của dao: Mã số dao: APX3000R162SA16S , Hãng dao Mishubishi Tra bảng Datasheet của dao có được: D1=16mm (Đường kính từ 28÷100mm) L1=48mm, D4=8,5mm, L2=30mm, D5=13mm, H1=10mm, L11=6mm Chọn thép dụng cụ dao có độ cứng 300HB (Độ cứng từ 180÷350HB) Vc=160(mphút), Fz=0,1(mmrăng) Số lưỡi răng Z = 2 Chế độ cắt như sau: Công thức tính n = = = 3185 (vòngphút) Suy ra lượng chạy dao Vf = n .Fz. Z = 3185 .0,1.2 = 637 (mmphút) Chọn Vf = 650 (mmphút) Chiều sâu bề mặt cắt: Ap = (0,05÷ 0,1)D1 = 0,05D=0,8mm Chiều rộng bề mặt cắt: Ae = 0,5. D1 = 8 mm Lượng dư gia công thô:1 mm  Nguyên công 3: Phay bán tinh biên dạng khuôn Chọn dao cắt VF2SDBR0400 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ: Tra bảng Datasheet của dao có được Thông số của dao: Z = 2 răng, D1 = 8 mm, D5 = 7.85 mm, D4 = 8 mm, R = 4 mm, L3 = 27 mm, L1 = 90 mm, Type: 2 Với điều kiện phay bán tinh nên chọn vật liệu cắt (45HRC) Gốc cắt α > 15O Ta có chế độ cắt như sau: Số vòng quay trục chính n = 12000 (vòngphút) Vận tốc cắt: Vc = 2,2( m phút), Fz = 0,06(mmrăng) Lượng chạy dao: Vf¬ = Fz.Z.n = 0,06. 12000.2 = 1440(mmphút) ap (Chiều sâu mỗi lần cắt) = 0,8mm ae (Chiều rộng mỗi lần cắt ) = 2,4mm Lượng dư gia công bán tinh: 0.5 mm  Nguyên công 4: Phay tinh viền và mặt khuôn Chọn dao MS2MDD0200 Chế độ cắt: Vận tốc cắt Vc = 180 mphút Lượng chạy dao răng fz = 0.1 mmz Lượng ăn dao ngang ap = 1.2 mm Tốc độ quay trục chính n = 2650 vòngphút  Nguyên công 5: Phay tinh bề mặt khuôn Chọn dao cắt VF2SDBR0200S04 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ: Tra bảng Datasheet của dao có được Thông số của dao: Z = 2 răng, D1 = 4 mm, D5 = 3.9 mm, D4 = 4 mm, R = 2 mm, L3 = 8 mm, L1 = 60 mm, Type: 2 Với điều kiện phay tinh nên chọn vật liệu cắt (45HRC) Gốc cắt α > 15O Ta có chế độ cắt như sau: Số vòng quay trục chính n = 15000 (vòngphút) Vận tốc cắt: Vc = 2,2( m phút), Fz = 0,06(mmrăng) Lượng chạy dao: Vf¬ = Fz.Z.n = 0,06. 15000.2 = 1800(mmphút) Ap (Chiều sâu mỗi lần cắt) = 0,1mm Ae (Chiều rộng mỗi lần cắt ) = 0,4mm  Nguyên công 6: Khoan lỗ định vị Chọn dao MWE0980MB của hãng mishubishi. D = 10 mm, L1= 105mm, L2=L3= 60mm Chế độ cắt: Vận tốc cắt Vc = 210 mphút Lượng ăn dao f = 0.2 mmphút Chiều sâu cắt 0,1mm Tốc độ quay trục chính n = 2800 vòngphút CHƯƠNG IV: QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG GIA CÔNG 1.Tạo phôi chi tiết Đầu tiên ta tạo môi trƣờng làm việc mới bằng cách chọn NEW trên thanh menu, hộp thoại NEW xuất hiện ta chọn mục Manufacturing trong mục Type, NCAssembly trong mục SubType, nhập GIACONGKHUONDUOI vào dòng lệnh Name, bỏ chọn Use default template sau đó chọn OK. Hộp thoại New File Options xuất hiện ta chọn mmns_mfg_nc, sau đó chọn OK để kết thức khai báo. Tiếp theo gọi chi tiết bằng cách chọn Reference Model trên thanh bên phải. Hộp thoại Open xuất hiện, ta chọn chi tiết sau đó chọn Open để mở file. Ta chọn Default rồi chọn OK Bước tiếp theo, ta chọn tên khối bao trùm chi tiết bằng cách chọn Workpiece trên thanh menu để thiết lập kích thước phôi gia công rồi chọn OK . Ta được phôi : 2.Tạo máy gia công và mặt phẳng gia công: Chọn Work Center → Mill → Nhập thông số máy: Chọn Operation → Chọn gốc tọa độ → OK: 3.Lập quy trình gia công:  Nguyên công 1: Phay mặt đầu Chọn Face Milling Chọn Tool rồi thiết lập dao Chọn Reference và chọn mặt phẳng làm việc Chọn Parameter và nhập các thông số làm việc Mô phỏng gia công ta chọn Play Path:  Nguyên công 2: Phay thô biên dạng Chọn Profile Milling Chọn Tool rồi thiết lập dao Chọn Reference và chọn mặt phẳng làm việc Chọn Parameter và nhập các thông số làm việc Mô phỏng gia công ta chọn Play Path:  Nguyên công 3: Phay bán tinh biên dạng Chọn Profile Milling