Nghiên cứu phần mềm catia ứng dụng thiết kế và gia công khuôn nhựa trên máy cnc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM CATIA ỨNG DỤNG THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN NHỰA TRÊN MÁY CNC NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ : 7520103 Giáo viên hướng dẫn : Th.S Trần Nho Thọ Sinh viên thực : Phạm Đình Khánh Mã sinh viên : 1854040066 Lớp : K63 - KTCK Khóa học : 2018 - 2022 Hà Nội, 2022 LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực khố luận để hồn thành khố luận tơi nhận giúp đỡ thầy, cô giáo , gia đình bạn sinh viên Cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc Đặc biệt , xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Trần Nho Thọ trực tiếp hướng dẫn , bảo suốt q trình làm khố luận Do bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu , thời gian trình độ thân có hạn nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong đóng góp ý kiến nhận xét để đề tài hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội , ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Phạm Đình Khánh i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu phần mềm Catia thiết kế gia công khuôn đúc phun 1.1.1.Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.2.Tình hình nghiên cứu nước 1.3.Mục tiêu , phạm vi , nội dung , phương pháp nghiên cứu 1.3.1.Mục tiêu nghiên cứu 1.3.2 Đối tượng , phạm vi nghiên cứu 1.3.3.Nội dung nghiên cứu 1.3.4.Phương pháp nghiên cứu Chương II TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN CHẤT DẺO 2.1 Tổng quan chất dẻo 2.1.1 Định nghĩa chất dẻo 2.1.2.Phân loại chất dẻo 2.1.3 Tính chất hoá học 10 2.1.4.Các chất phụ gia sử dụng chất dẻo 11 2.2 Các phương pháp gia cơng chất dẻo định hình 12 2.2.1 Phương pháp cán 13 2.2.2 Phương pháp đùn 13 2.2.3 Phương pháp dán 14 2.2.4 Phương pháp đúc phun 15 2.3 Máy thiết bị đúc phun chất dẻo 15 2.3.1 Đặc điểm cấu tạo số thành phần máy đúc phun 15 2.3.2 Máy đúc phun loại pittong 15 ii 2.3.3 Máy đúc phun loại trục vít 16 Chương III ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CHUNG CỦA KHUÔN ĐÚC 21 3.1 Khái niệm chung khuôn đúc phun 21 3.2 Phân loại khuôn đúc phun 21 3.2.1 Khuôn hai Loại khn gồm có hai phần: 21 3.2.2 Khuôn ba 22 3.2.3 Khuôn nhiều tầng 24 3.3.3 Lõi mặt bên 30 3.3.4 Hệ thống làm mát 31 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN ĐÚC PHUN KHAY ĐỰNG ĐÁ 35 4.1 Tổng quan phần mềm CATIA 35 4.1.1 Lịch sử phát triển phần mềm 35 4.1.2 Cấu trúc phần mềm 36 4.2 Một số Module sử dụng thiết kế khuôn 37 4.2.1 Mechanical Design 37 4.2.2 Module thiết kế khuôn tự động (Mold Design) 37 4.2.3 Module lập trình gia công máy CNC ( Machining ) 38 4.2.4 Sơ đồ bước thiết kế gia công khuôn phần mềm CATIA 39 CHƯƠNG V : PHÂN TÍCH SẢN PHẨM NHỰA KHAY ĐỰNG ĐÁ 41 5.1.Công dụng sản phẩm : 41 5.2.Đặc điểm hình dạng , kết cấu sản phẩm: 41 5.3.Yêu cầu kĩ thuật sẩn phẩm : 43 5.4.Vật liệu sản phẩm: 44 5.4.1 Tính chất PP: 44 5.4.2 Ứng dụng PP: 45 5.5.Sản lượng sản xuất hàng năm : 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 iii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Phân loại chất dẻo Hình 2.3 Phương pháp cán 13 Hình 2.4 Phương pháp đùn 14 Hình 2.8 Cấu tạo chung trục vít có bước thay đổi 18 Hình 3.1 Cấu tạo khn 21 Hình 3.2 Cấu tạo khuôn hai 22 Hình 3.3 Cấu tạo khn ba 23 Hình 3.8 Kênh nhựa dạng hình trịn 27 Hình 3.9 Kênh nhựa dạng hình thang 28 Hình 3.17 Một số kích thước kênh làm mát 33 Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống CAD/CAM/CAE CATIA 37 iv DANH MỤC BẢNG BảngII.1: Thông số kĩ thuật số chất dẻo thông dụng 45 v ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày sản phẩm nhữa chiếm vị trí quan trọng kinh tế quốc dân , vật liệu nhựa ngày có tính chất ưu việt chất lượng độ bền …v…v Trong vật liệu khác vật liệu tự nhiên hay vật liệu kim loại tổng hợp ngày không đáp ứng nhu cầu sử dụng cao người Do mà ngành công nghiệp nhựa phát triển nhanh thời gian qua kéo theo lĩnh vực tạo hình sản xuất chế tạo sản phẩm từ nhựa phát triển theo đặc biệt phải kể đến ngành công nghiệp chế tạo khuôn đúc phun cho sản phầm nhựa đời Việc chế tạo chi tiết có biến dạng phức tạp kéo theo biến dạng lịng khn phức tạp dẫn đến việc gia công chúng theo phương pháp truyền thông gặp nhiều khó khăn Ngồi việc chế tạo lịng khn phụ thuộc vào trình độ người thợ, thời gian chế tạo khn dài độ xác lịng khuôn thường không cao Cùng với phát triển ngành khoa học kỹ thuật , công nghệ gia công phát triên mạnh mẽ kéo theo ứng dụng phần mềm vào tự động hoá sản xuất tự động lắp giáp ứng dụng phần mềm Master Cam , Cimatron , catia… Việc ứng dụng phầm mềm vào sản xuất , đặc biệt lĩnh vực gia công khn mẫu lắp ráp khn tự động , giải khó khăn trước đem lại hiệu kinh tế cao Ở nước ta , việc sản xuất sản phẩm từ nhựa phục vụ cho đời sống kỹ thuật phát triển mạnh mẽ , số lượng sở sản xuất ứng dụng phương pháp gia công ngày nhiều , gia công chi tiết có biến dạng phức tạp Nắm bắt tình hình em thầy hướng dẫn định hướng giao nhiệm vụ cho nghiên cứu đề tài “ nghiên cứu phần mềm Catia ứng dụng thiết kế gia công khuôn nhựa máy CNC” Kết đề tài tài liệu cần thiết phục vụ đào tạo nghiên cứu chuyển giao cơng nghệ , góp phần nâng cao hiệu đào tạo , chất lượng sản phẩm hiệu sản xuất CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu phần mềm Catia thiết kế gia công khuôn đúc phun 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Phương pháp ép phun bắt đầu hình thành vào cuối năm 1800 Kỹ thuật phát triển từ sản xuất chi tiết đơn giản cho người tiêu dùng lĩnh vực công nghiệp , y tế , sản phẩm hàng không vũ trụ Năm 1868, yêu cầu sản xuất bóng bi-a , John Wesley Hyatt em trai phát minh máy đúc phun Đây sở để đưa lĩnh vực phát triển Trước , việc thiết kế chế tạo lịng khn lõi khn đúc phun có bề mặt phức tạp gặp nhiều khó khăn dùng phương pháp truyền thống Chúng phụ thuộc nhiều vào trình độ người thiết kế , người thợ , thời gian sản xuất lịng khn dài xác Tuy nhiên , nhờ phát triển kỹ thuật thiết kế có trợ giúp máy tính(CAD) , chế tạo có trợ giúp máy tính (CAM) máy gia công CNC, tia lửa điện EDM… Việc thiết kế chế tạo lịng khn đơn giản nhiều , rút ngắn thời gian sản xuất , đảm bảo độ xác gia cơng hình dáng , kích thước , độ tương quan Bên cạnh đó, nhiều phần mềm chun dụng dùng để tính tống mơ thơng số đúc phun đời nhằm hỗ trợ sở liệu giúp người dùng kiểm tra trước tính hợp lệ sản phẩm khuôn , đưa chiến lược thiết kế phù hợp dùng để dự đoán giải toán sản xuất trước chúng đưa vào thực tế Hiện , với hỗ trợ công nghệ thơng tin , hệ thống CAD/CAM tích hợp phát triển nhanh chóng Nó tạo liên thơng từ q trình thiết kế chế tạo lĩnh vực khí Xu nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu hệ thống CAD/CAM tích hợp Những phần mềm CAD/CAM tích hợp sử dụng phổ biến : Mastercam, Edgecam, Solidcam, Delcam,Surfcam, Vercut, Topmold… Catia phần mềm CAD/CAM tích hợp sử dụng rộng dãi Châu Âu giới , đồng thời sử dụng phổ biến Việt Nam Catia có khả thiết kế cơng nghệ để điều khiển cho máy phay CNC năm chục , máy tiện CNC bốn trục, máy cắt dây CNC bốn trục , … Trên giới , có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia thiết kế gia công khuôn đúc phun Tập thể tác giả S.R.Pattanailk, D.B.Karunakar , P.K.Jha với cơng trình “ Application of computer simulation for finding optimum gate location in plastic injection moulding process “ (18) đưa phương pháp tối ưu sử dụng phần mềm mơ có sử dụng Catia Cơng trình nghiên cứa Alias Mohd Saman phân tích , tính tốn sử dụng Catia thiết kế tính tốn dịng chảy vật liệu q trình đúc phun (17) Ngồi nhiều công ty , nhà máy sử dụng phần mềm để thiết kế sản xuất khuôn đúc cơng ty Matsumoto, cơng ty Denwa…v…v… 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Lĩnh vực thiết kế khuôn mẫu cho sản phẩm nhựa lĩnh vực kỹ thuật mẻ nước ta Trong năm 1991-1994 Viện máy dụng cụ công nghiệp (IMD) tiếp nhận dự án UNDP/UNIDO – VIE/87/021 “ Chuyển giao công nghệ thiết kế , phát triển chế tạo khuôn mẫu “ Cho đến lĩnh vực khuôn mẫu nước ta phát triển mạnh , tạo nhiều sản phẩm có chất lượng cao sử dụng ngành công nghiệp hàng dân dụng Trong năm gần , loại khuôn đúc phun sử dụng ngày nhiều công nghiêp dược xem phương pháp gia công hiệu lĩnh vực chất dẻo Nhiều cơng trình nghiên cứu nhiều tài liệu giáo trình giới thiệu khn đúc nhựa đăng tải giảng dạy trường đại học , cao đảng khối kỹ thuật Việt Nam Thực tế , vấn đề chưa nghiên cứu đầy đủ tính phức tạp yêu cầu sản xuất nguyên liệu gia công ( loại nhựa nhiều chủng loại ), đa dạng , phong phú chi tiết , sản phẩm kiểu loại thiết bị cơng nghệ Đã có số cơng trình nghiên cứu : - Nguyễn Ngọc Chương , Trần Diễm (2009) , Thiết kế sản phầm nhựa khuôn nhựa phần mềm Solidworks , Luận văn , Đại học Cơng Nghiệp TP.HCM(5) - Lưu Văn Tốn (2011) , Nghiên cứu thiết kế khuôn ép phun chất dẻo nhờ trợ giúp phần mềm CAD/CAM…(13) Về phần Catia , việc ứng dụng khuôn nhựa nghiên cứu ứng dụng nhiều trường đại học , cao đẳng nước doanh nghiệp Ví dụ “ tác giả Vũ Huy Cần (2011) , Nghiên cứu phương pháp thiết kế khuôn ép phun nhựa , thiết kế khuôn ép phun ống nhựa PET có ren ngồi , ứng dụng phần mềm CAD/CAM tích hợp Catia thiết kế khn , Đại học quốc gia HN” (3) ; Trần Quang Tuấn (2009) ,Ứng dụng phần mềm Catia thiết kế khuôn vỏ điều khiển tivi , Đại học Bách Khoa HN (14) 1.2.Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Phần mềm Catia hệ thống CAD/CAM mạnh mẽ sử dụng rộng rãi thị trường quốc tế phát triển rộng Việt Nam Phần mềm có giao diện sử dụng thân thiện , trực quan với người dùng đáp ứng nhiều yêu cầu giải toán kỹ thuật Tuy nhiên qua khảo sát chung thực tế sử dụng lĩnh vực khuôn đúc phun , thấy điều kiện sản xuất cụ thể đề cấp thiết đặt phải nghiên cứu để có sử dụng hiệu phần mềm Vì vậy, cần phải có cơng trình nghiên cứu cụ thể khả vận dụng vào sản xuất góp phần nâng cao hiệu kinh tế thích ứng với điều kiện sản xuất cụ thể Hình 12:Vào mơi trường làm khn Rồi chọn lệnh create a new mold… để tạo khối khuôn chọn catalog chọn mẫu khn kiểu khn khối khn Hình 13: Chọn mẫu khn 53 Hình 14: Chỉnh Cavity Core Và lưu ý mặt phân khuôn phải lớn khối khn tách khn Sau ta chỉnh Cavity Core cho phù hợp với khn , chỉnh kích thước xong ta bấm ok Tiếp ta chọn lệnh Manigunation chọn trục x , y , z chỉnh hướng cho cân phù hợp khuôn với phần Cavity, Core ta chỉnh ban 54 Hình 15:Khi hồn thiện bước ta có Tiếp theo phân khuôn , ta vào phần CavityPlate nhấn chuột phải chọn vào phần CavityPlate object => Split Component… Nhấn vào bảng Split Definition ta chọn vào phần phân hốc mũi tên màu cam quay xuống ta nhấn vào để chuyển hướng lên ấn ok Tiếp theo ta làm phần phân lõi tương tự , ta nhấn chuột phải vào Coraplate chọn vào phần CorePlate object => Split Component… bảng Split Definition ta chọn phần phân lõi chọn cho mũi tên quay xuống ấn ok Để xem phần phân hốc chưa ta kích vào phần CavityPlate nhấn chuột phải chọn vào CavityPlate object => Open in new window hình bên Và phần xem phân lõi tương tự ta ấn chuột phải vào CorePlate… Hình 16:Phân hốc 55 Hình 17: Phân lõi Tiếp theo ta đặt chốt dẫn hướng ta kích vào phần add leaderPin, chọn theo catalog Khi chọn làm theo định xong ta đặt bạc dẫn hướng chọn vào phần Add Bushing Hình 18: Đặt chốt dẫn hướng xong 56 Hình 19: Đặt bạc dẫn hướng Hình 20: Vào Add sleeve để chọn bạc dẫn 57 Hình 21: Hình ảnh bước chọn bạc hoàn thiện Cuống phun : chọn lệnh add spruebushing Bạc ống phun : chọn lệnh add locating ring Dùng lệnh bắt hai vít vào bạc ống phun vừa làm bên : chọn lệnh add countersunkscrew Khi xong ta đặt vít để cố định khuôn , ta dùng lệnh add capscrew Hình 22:Nắp cuống phun ống phun 58 Hình 23: Phần tạo khối khn hồn thành *Gia Cơng Đầu tiên ta gọi sản phẩm đặt màu , vào phần Start=> Machining=> Advanced Machining Tiếp ta tạo phơi , ta kích vào creates rough stock Hình 24: Chọn lệnh tạo phơi Sau ta chỉnh trục x,y,z cho cân xứng bấm ok ta hình 59 Tiếp theo ta kích vào phần Part Operation để chọn thông số cài đặt Đầu tiên chọn máy : chọn máy chục Hình 25: Hình ảnh phần phơi thiết kế Tiếp theo chọn gốc phơi Hình 26: Chọn gốc Rồi tiếp chọn phần chi tiết kích vào partbody Chọn phơi , mặt phẳng an tồn 60 Hình 27: Chọn máy Hình 28:Chọn vào phần chi tiết 61 Hình 29: Chọn phần phơi Hình 30: Hình ảnh thị phần xét gốc ; chi tiết ; phôi chỉnh xong Chọn phơi kích vào phần Roughing xuất bảng 62 Hình 31:Chọn lệnh Roughing Hình 32: Chọn phần cắt ngồi , 63 Hình 33: Chọn Dao Hình 34:Chạy mơ  Xuất chương trình gia cơng N1 G55 G80 G40 G90 G17 G94 G49 G98 O1000 N2 T1 M6 N3 GO X138.253 Y198.202 S70 M3 N4 G43.4 Z9.5 H1 64 N5 G1 Z-.5 F300 ……………………… N76089 X247.576 Y-1.236 N76090 Z-24.499 N76091 GO Z2 N76092 M30 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Khóa luận tổng hợp số sở lý thuyết tình hình nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA lĩnh vực chế tạo khuôn đúc phun giới Việt Nam Đây sở lý thuyết bổ sung cho cơng trình nghiên cứu khác nghiên cứu lĩnh vực - Đã tìm hiểu số đặc điểm công nghệ đúc phun chất dẻo; cấu tạo, điều kiện làm việc khn, từ lựa chọn phương án thiết kế gia công khn hợp lý cho chi tiết vỏ chuột máy tính - Đã nghiên cứu giới thiệu số module phần mềm CATIA V5R20 ứng dụng để thiết kế chi tiết, làm khn lập trình mơ gia cơng hai nửa khuôn chi tiết vỏ chuột vi tinh cụ thể Kết thúc q trình mơ chương trình gia công chuyển sang mã NC tương ứng Các kết nghiên cứu phần giới thiệu đặc điểm khả ứng dụng phần mềm CATIA vào lĩnh vực sản xuất khuôn đúc phun sản phẩm nhựa Việt Nam Kiến nghị Nghiên cứu thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa vấn đề thời sự, cấp thiết đặt từ thực tế sản xuất ngành công nghiệp chất dẻo Trong khn khổ Khóa luận tốt nghiệp, thời gian phạm vi nghiên cứu hạn chế nên số nội dung nghiên cứu chưa sâu Vì cần nghiên cứu để góp phần hồn thiện công nghệ nâng cao hiệu sản xuất Cụ thể: - Tiếp tục nghiên cứu sở lí luận phương pháp thiết kế làm sở cho công tác thiết kế, chế tạo loại khuôn cho lĩnh vực chất dẻo Đề tài thiết kế tạo khn cho chi tiết vỏ chuột máy tính Tuy nhiên chưa có tính tốn để lựa chọn phần tử, thiết bị khuôn chưa tạo kết cấu phụ khác như: kênh dẫn nhựa, kênh dẫn vật liệu, kênh làm mát v.v - Cần có nghiên cứu mơ dịng chảy module CAE để xác định kết q trình làm việc thực tế khn, từ có điều chỉnh kết cấu khn cho phù hợp 66 - Phần mềm CATIA hệ thống CAD/CAM mạnh mẽ với nhiều chức nên cần có thêm nghiên cứu để tìm hiểu, ứng dụng chức khác phục vụ trình sản xuất điều kiện Việt Nam H [12] Nguyễn Thế Tranh (2007), Bài giảng công nghệ CAD/CAM, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Đà Nẵng [13] Lưu Văn Toán (2011), Nghiên cứu thiết kế khuôn ép phun chất dẻo nhờ trợ giúp phần mềm CAD/CAM(Solidworks 2008,Masterrcam X) mô trình đúc phun phần mềm Moldflow Plastics Insights 5.0, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, đại học Nông nghiệp HN [14] Trần Quang Tuấn (2009), Ứng dụng phần mềm CATIA thiết kế khuôn điều khiển tivi, Đại học Bách khoa HN [15] Trần Xuân Việt (2000), Công nghệ gia công máy điều khiển số, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [16] VINASHIROKI (1998), Phương pháp gia công khuôn [17] Alias Mohd Saman (2009), Computer Simulation Opportunity In Plastic Injection Mold Development for Automotive Part, Pages 495-498 IEEE Computer Society Washington, DC, USA ©2009 [18] S.R Pattnaik1*, D.B Karunakar2, P.K Jha (2012), Application of computer simulation for finding optimum gate location in plastic injection moulding process, International Journal of Advanced Engineering Research and Studies 67