nghiên cứu thiết kế khuôn đúc nhựa nhiệt dẻo

Ngành công nghiệp nhựa đã phát triển rất nhanh trong thời gian qua kéo theo đó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa bằng nhiều công nghệ khác nhau đặc biệt t

Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài

1.1 Cơ sở khoa học: Đề tài nghiên cứu các thuộc tính của nhựa, các yêu cầu công nghệ khi đúc phun các chủng loại nhựa, làm cơ sở định ra chế độ công nghệ đúc phun đồng thời cần khảo sát dòng chảy của nhựa trong khuôn qua các rãnh dẫn, đến điền đầy lòng khuôn, từ đó tìm cách điều chỉnh dòng chảy, tối ưu công nghệ để điền đầy lòng khuôn tốt nhất, lập trình gia công tối ưu hoá các thông số gia công trên phần mềm và chuyển mã sang máy gia công trực tiếp

1.2 Tính thực tiễn: Đề tài sử dụng công nghệ thiết kế khuôn 3D để dựng hình sản phẩn, tạo lòng khuôn đúc và công nghệ mô phỏng số phân tích dòng chảy và nhiệt từ đó phân tích các tham số đây là một công nghệ thiết kế hiện đại, tiết kiệm giai đoạn chế thử và mang lại tính cạnh trạnh cao cho sản phẩm Nắm được công nghệ này có ích cho việc đưa công nghệ cao vào đào tạo tại Vĩnh Phúc và đưa KHCN của Vĩnh Phúc lên 1 bước.

Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu đề tài nghiên cứu công nghệ thiết kế hiện đại sử dụng phần mềm CAD/CAM để thiết kế khuôn và mô phỏng quá trình đúc, tối ưu hóa thiết kế khuôn và lập trình gia công khuôn

Các kết quả phải được: a Nắm chắc các đặc tính của nhựa sử dụng trong sản xuất hàng dân sinh. b Nắm chắc kết cấu khuôn, máy đúc phun và cách vận hành máy; c Sử dụng phần mềm công nghiệp SOLIDWORKS-COSMOS để mô hình hóa

3D và mô phỏng dòng chảy của nhựa bằng MolFlow và phần mềm gia công MasterCAM, PowerMill Pro 10 d Nắm được công nghệ thiết kế khuôn và tối ưu hóa các thông số lòng khuôn; e Phương pháp lập trình gia công, điều khiển quá trình gia công tối ưu

Phương pháp nghiên cứu

- Về lý thuyết: Nghiên cứu tổng quan tài liệu về ép phun và dòng chảy nhựa; Nghiên cứu sử dụng thành thạo phần mềm công nghiệp SOLIDWORKS- MasterCAM.

- Về thực nghiệm: Thực hiện thiết kế mô hình khuôn 3D; mô phỏng dòng chảy nhựa, xác định bài toán nhiệt của nhựa và khuôn, tính toán thời gian điền đầy khuôn và khảo sát quá trình đúc phun.

- Chương 1: Tổng quan ngành nhựa

- Chương 2 : Công nghệ đúc phun.

- Chương 3: Kỹ thuật CAD/CAM/CNC giới thiệu các phần mềm 3D trong thiết kế, mô phỏng gia công khuôn.

- Chương 4: Thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM

- Chương 5: Quy trình công nghệ gia công lòng khuôn

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NHỰA

Tình hình phát triển của ngành nhựa tại Việt Nam

1.2.1 Tình hình phát triển của ngành nhựa tại V iệt Nam Ở Việt Nam, ngành công nghiệp nhựa dù còn non trẻ so với các ngành công nghiệp lâu đời khác như cơ khí, điện - điện tử, hoá chất, dệt may v.v… nhưng đã có sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây Giai đoạn 2018 – 2022, ngành nhựa là một trong những ngành công nghiệp tăng trưởng cao nhất Việt Nam với mức tăng hàng năm từ 16% – 18%/năm (chỉ sau ngành viễn thông và dệt may), có những mặt hàng tốc độ tăng trưởng đạt gần 100% Với tốc độ phát triển nhanh, ngành nhựa đang được coi là một ngành năng động trong nền kinh tế Việt Nam Sự tăng trưởng đó xuất phát từ thị trường rộng, tiềm năng lớn và đặc biệt là vì ngành nhựa Việt Nam mới chỉ ở bước đầu của sự phát triển so với thế giới và sản phẩm nhựa được phát huy sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống bao gồm sản phẩm bao bì nhựa, sản phẩm nhựa vật liệu xây dựng, sản phẩm nhựa gia dụng và sản phẩm nhựa kỹ thuật cao.

Năm 2022, ngành nhựa sản xuất và tiêu thụ gần năm triệu tấn sản phẩm Nếu sản phẩm nhựa tính trên đầu người năm 1990 chỉ đạt 3,8 kg/năm thì đến năm 2022 đã tăng lên 41 kg/năm Mức tăng này cho thấy nhu cầu sử dụng sản phẩm của ngành nhựa ở trong nước ngày một tăng lên Nhiều doanh nghiệp tạo dựng được những thương hiệu sản phẩm uy tín trong nước như: ống nhựa của Bình Minh, Tiền Phong, Minh Hùng; bao bì nhựa của Rạng Đông, Tân Tiến, Vân Ðồn; chai PET và chai ba lớp của Oai Hùng, Ngọc Nghĩa, Tân Phú v.v Đến nay (2022) toàn ngành nhựa Việt Nam gồm khoảng hơn 2.000 doanh nghiệp trải dài từ Bắc vào Nam và tập trung chủ yếu ở Tp.HCM (chiếm hơn 84%) thuộc mọi thành phần kinh tế với hơn 99,8% là doanh nghiệp tư nhân.

Thành phần kinh tế tư nhân vốn được đánh giá là một bộ phận năng động trong toàn bộ nền kinh tế, do đó có thể nói rằng ngành nhựa là một trong những ngành kinh tế có tính năng động ở nước ta Các sản phẩm thế mạnh của các doanh nghiệp ViệtNam là bao bì, sản phẩm nhựa tiêu dùng, nhựa xây dựng và sản phẩm nhựa kỹ thuật cao Sản phẩm của ngành nhựa rất đa dạng và ngày càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nhiều ngành Trong lĩnh vực tiêu dùng, sản phẩm từ nhựa được sử dụng làm bao bì đóng gói các loại, các vật dụng bằng nhựa dùng trong gia đình, văn phòng phẩm, đồ chơi v.v Trong các ngành kinh tế khác, các sản phẩm từ nhựa cũng được sử dụng ngày càng phổ biến; đặc biệt trong một số ngành, nhựa còn trở thành một nguyên liệu thay thế cho các nguyên liệu truyền thống, như trong xây dựng, điện - điện tử v.v. Những sản phẩm đòi hỏi chất lượng cao như ống dẫn dầu, đồ nhựa cho ôtô và máy vi tính cũng đã được các doanh nghiệp nhựa Tiền Phong, Cát Thái, Tân Tiến, Bình Minh sản xuất thành công.

SYSTEM OF PLASTICS BUSINESSES IN VIETNAM

Và đóng góp vào sự phát triển của ngành nhựa còn có hoạt động của khối doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài, hay nói cách khác, ngành Nhựa đang trở thành một ngành kinh tế hấp dẫn vốn đầu tư nước ngoài Tăng trưởng xuất khẩu chủ yếu đến từ các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài Nguyên nhân là các sản phẩm nhựa củaViệt Nam không bị Châu Âu áp mức thuế chống bán phá giá như với Trung Quốc,Thái Lan, Malaysia Chính vì thế, các doanh nghiệp Trung Quốc, Malaysia và TháiLan chuyển sang sản xuất tại Việt Nam để tránh thuế chống bán phá giá cũng như chênh lệch thuế nhập khẩu đối với hàng hoá từ Trung Quốc, vì hàng Việt Nam xuất vào Châu Âu trả thuế ít hơn hàng Trung Quốc tối thiểu là 10% Đặc biệt, các doanh nghiệp Nhật Bản đã và đang tìm đến cũng như thực hiện đầu tư vào ngành Nhựa của Việt Nam Sự tham gia của các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài một mặt sẽ mang lại những tác động tích cực như công nghệ hiện đại, kỹ năng quản lý tiên tiến, gia tăng kim ngạch xuất khẩu cho ngành; nhưng mặt khác cũng sẽ mang lại sự cạnh tranh mạnh mẽ đối với các doanh nghiệp trong nước.

Các doanh nghiệp nội địa với số vốn nhỏ và công nghệ lạc hậu sẽ dễ dàng bị đào thải trong cuộc cạnh tranh với các doanh nghiệp nước ngoài Nhưng vẫn tồn tại một hạn chế trong hoạt động của ngành, đó là giữa các doanh nghiệp trong ngành nhựa thiếu sự liên kết hoặc chuyên môn hóa trong sản xuất dẫn đến đầu tư tràn lan nhưng hiệu quả mang lại không cao hoặc các doanh nghiệp cùng sản xuất một loại sản phẩm khiến cho sự cạnh tranh ngay trên thị trường nội địa rất cao, làm giảm hiệu quả hoạt động của các doanh nghiệp cũng như của toàn ngành nói chung.

1.2.2 Mục tiêu phát triển ngành nhựa của Việt Nam

Mục tiêu phát triển của ngành nhựa đến năm 2025 sẽ trở thành một ngành kinh tế mạnh với tốc độ tăng trưởng cao và bền vững Từng bước xây dựng và phát triển ngành nhựa đồng bộ từ sản xuất nguyên liệu đến chế biến sản phẩm cuối cùng, tận dụng và xử lý phế liệu phát sinh, tăng dần tỷ trọng nguyên liệu trong nước để trở thành ngành cô ng nghiệp tự chủ, có khả năng hội nhập vào kinh tế khu vực và thế giới. Theo quy hoạch phát triển ngành nhựa Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn 2025 đã được Bộ Công thương phê duyệt, thì tốc độ tăng trưởng giá trị sản xuất công nghiệp ngành nhựa giai đoạn 2011 – 2020 sẽ đạt 17,5%, tỷ trọng ngành nhựa so với toàn ngành công nghiệp đến năm 2020 đặt 5,5% Theo đó, mục tiêu phát triển của ngành nhựa Việt Nam đến năm 2020 sẽ trở thành một ngành kinh tế mạnh với tốc độ tăng trưởng cao và bền vững Từng bước xây dựng và phát triển ngành nhựa đồng bộ từ sản xuất nguyên liệu đến chế biến sản phẩm cuối cùng, tận dụng và xử lý phế liệu phát sinh, tăng dần tỷ trọng nguyên liệu trong nước để trở thành ngành công nghiệp tự chủ, có khả năng hội nhập vào kinh tế khu vực và thế giới.

CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN

Công nghệ đúc phun

Máy đúc phun bao gồm các cụm cơ cấu chính sau:

 A: Cụm làm nóng chảy chất dẻo và với áp lực cần thiết ép đẩy chất dẻo vào khuôn.

 B: Cụm khuôn và cơ cấu kẹp khuôn.khuôn gòm hai nửa được kẹp lên bàn kẹp, một phần nửa cố định đứng yên,phần nửa còn lại di động di chuyển bàn kẹp di động cùng nửa khuôn được thực hiện có thể bang cơ học hoặc bằng xi lanh thủy lực nhiệm vụ của các cơ cấu truyền chuyển động này là tạo ra lực đóng khuôn và giữ khuôn kín khít tróng quá trình đúc sản phẩm.

 C: Đối với máy đúc phun cần có một hệ thống thủy lực bao gồm bơm được chuyển động bằng động cơ, hệ thống van đóng ngắt và van chuyền hướng xilanh thủy lực, động cơ thủy lực, van điều chỉnh áp lực và lưu lượng.

Hình 2.1: Quá trình đúc phun

Từ hình vẽ ta thấy, quá trình đúc phun gồm 4 công đoạn chính:

- Công đoạn hóa dẻo và chuyển hóa vật liệu sử dụng cho gia công đúc sang trạng thái nóng chảy.

- Công đoạn nhựa hóa và định lượng vật liệu.

- Công đoạn điền đầy khuôn, duy trì áp suất cao và làm nguội sản phấm.

- Lấy sản phẩm ra khỏi khuôn và bắt đầu hóa dẻo một lượng nhựa mới.

Vật liệu sử dụng cho công nghệ đúc dưới áp suất thường ở dạng hạt Với phương pháp đúc dưới áp suất có thể gia công các chất dẻo nhiệt dẻo cũng như nhiệt cứng. Chất dẻo nhiệt dẻo được gia công ở dạng nguyên hoặc pha màu, pha thêm phụ gia hoặc tạo thành xốp Theo cấu trúc có thể phân thành dạng tinh thể hay dạng vô định hình.hay dạng vô định hình.

Tên hóa học Ký hiệu Tên hóa học Ký hiệu

CA CP CAB PS SAN SB ABS PELD PEHD

Polyprotylen Poly(vinhil-chlorid) Vinhid –chlorid côplymer poly(vinhil-chlorid) mền poly (metyl – metarylat) polycacbonat polyamide polycacetal poly (etylen – tereftalat)

PPPVCPVCPVCPMMAPCPAPOMPET

Thiết kế khuôn đúc phun nhựa

2.3.1Giới thiệu chung về khuôn và khuôn đúc phun

* Khuôn là dụng cụ để định hình một sản phẩm nhựa Nó được thiết kế sao cho có thể sử dụng cho một số lượng chu trình yêu cầu.

Kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào hình dáng và kết cấu của sản phẩm Số lượng của sản phẩm cũng là một yếu tố quan trọng để xem xét, bởi vì số lượng sản phẩm không lớn sẽ không cần đến khuôn có nhiều lòng khuôn hoặc khuôn có kết cấu phức tạp.

Những yếu tố trên có ảnh hưởng rất lớn đến việc thiết kế và chế tạo khuôn cũng như đến giá thành của sản phẩm.

* Khuôn đúc phun được định nghĩa là một cụm gồm nhiều chi tiết ghép với nhau, ở đó nhựa được phun vào, được làm nguội rồi đẩy sản phẩm ra

Sản phẩm được hình thành giữa 2 phần của khuôn Khoảng trống giữa 2 phần đó được điền đầy bằngnhựa và nó sẽ mang hình dạng của sản phẩm.

Một phần là phần lõm vào sẽ xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm được gọi là lòng khuôn , phần xác định hình dạng bên trong của sản phẩm được gọi là lõi khuôn.

Phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi khuôn được gọi là mặt phân khuôn.

Ngoài lõi và lòng khuôn còn có các bộ phận khác của khuôn như:

2 Tấm khuôn dưới 9 Lò xo đẩy

3 Tấm khuôn trên 10 Vít kẹp di động

4 Miệng phun 11 Tấm kẹp phía sau

5 Cuống phun 12 Tấm đỡ ty đẩy

6 Lòng khuôn 13 Tấm kẹp phía trước

7 Ti đẩy 14 Đường làm mát

Trong công nghiệp, người ta chia khuôn ra làm 3 loại chính:

+ Khuôn 2 tấm có kênh nguội

+ Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng

Loại khuôn này gồm 2 phần: Khuôn trước và khuôn sau Hệ thống khuôn này có

1 lòng khuôn hoặc có nhiều lòng khuôn đây là loại khuôn cơ bản nhất. a Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nguội

Kết cấu khuôn thường gồm có hai phần cơ bản :

- Phần phía phun được cố định gọi là tấm khuôn trước.

- Phần kia là phía đẩy, nó chuyển động trong khi khuôn mở, gọi là khuôn sau.

Hình2.7:Kết cấu khuôn 2 tấm có kênh dẫn nguội Ưu điểm 2 tấm có kênh dẫn nguội

- Cấu trúc đơn giản hơn là khuôn 3 tấm hoặc khuôn không rãnh dẫn.

- Giá thành khuôn có thể giảm.

- Hệ thống rót bao gồm cổng phân phối thường sử dụng nhiều hơn.

Nhược điểm 2 tấm có kênh dẫn nguội

- Cổng phân phối cạnh và cổng phân phối trực tiếp cần phải loại bỏ rãnh dẫn, nên chúng khó tự động hóa.

- Không tiết kiệm vật liệu b Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng c Khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng luôn giữ nhựa nóng chảy trong bạc cuống phụ,kênh dẫn và miệng phun, nhựa chỉ đông đặc khi nó chảy vào lòng khuôn khi mở khuôn ra thì chỉ có sản phẩm hoặc có thêm kênh dẫn nhựa được lấy ra ngoài Khi đóng khuôn nhựa trong các kênh dẫn vẫn nóng và điền đầy khuôn.

Hình 2.8: Kết cấu khuôn 2 tấm có kênh dẫn nóng Ưu điểm 2 tấm có kênh dẫn nóng

- Không có vệt miệng phun trên sản phẩm

- Giảm thời gian chu kỳ

- Điều khiển được sự điền đầy của dòng chảy nhựa

Nhược điểm 2 tấm có kênh dẫn nóng

- Giá thành cao hơn khuôn dẫn nhiệt có kênh làm nguội

- Khó đổi màu vật liệu

- Hệ thống điều khiển nhiệt dễ bị hỏng

- Thích hợp với vật liệu kém chịu nhiệt

Khuôn 3 tấm gồm 3 tấm khuôn.

- Một tấm cố định gọi là tấm kênh dẫn, thường có bạc cuống phun và nửa kênh dẫn nhựa.

- Tấm giữa là tấm lòng khuôn, chứa nửa kênh dẫn nhựa và miệng phun.

- Tấm di động hay tấm sau ghép với phẫn lõi và hệ thống đẩy.

Khi khuôn mở sau khi đúc, tấm giữa và tấm sau chuyển động cùng nhau, cắt kênh dẫn nhựa ra khỏi chi tiết.

Hình 2.9:Kết cấu khuôn 3 tấm Ưu điểm khuôn 3 tấm

- Giá thành thấp hơn khuôn 2 tấm có kênh dẫn nhựa nóng

- Ít bị hỏng hơn khuôn có kênh dẫn nhựa nóng

- Có thể phù hợp với vật liệu kém chịu nhiệt

- Chu kỳ ép phun tăng do hành trình của dòng dẫn nhựa đền lòng khuôn dài

- Cần áp suất phun lớn để điền đầy

Khi yêu cầu 1 số lượng sản phẩm lớn và để giữ giá sản phẩm thấp, hệ thống khuôn nhiều tầng được chế tạo để giữ lực kẹp của máy thấp (nghĩa là sử dụng cho loại máy có kích thước nhỏ) Với loại hệ thống khuôn này chúng ta có 1 hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn

Hình 2.10:Kết cấu khuôn nhiều tầng

Hình 2.12:Hệ thống cấp nhựa

Hệ thống cấp nhựa trong khuôn làm nhiệm vụ đưa nhựa từ vòi phun của máy đúc phun vào lòng khuôn Hệ thống này bao gồm cuống phun, kênh nhựa và miệng phun.

Cuống phun: là chỗ nối giữa vòi phun của máy phun và kênh nhựa Trong các khuôn một lòng khuôn, cuống phun thường cấp nhựa trực tiếp vào lòng khuôn đường kính cuống phun ở vị trí nối với kênh nhựa nên xấp xỉ 2÷3 lần chiều dày sản phẩm. đường kính cuống phun quá bé sẽ làm tăng nhiệt ma sát và tách lớp nhựa ở miệng phun đường kính cuống phun quá lớn sẽ tăng thời gian đúc vì cần thêm thời gian để cuống phun nguội.

Hình 2.12: Kích thước cuống phun trực tiếp

Kênh nhựa: là đoạn nối giữa cuống phun và miệng phun Kênh nhựa phải được thiết kế ngắn để có thể nhanh chóng điền đầy lòng khuôn mà không bị mất nhiều áp lực Kích thước kênh nhựa đủ nhỏ để làm giảm phế liệu và lượng nhựa trong lòng khuôn, nhưng phải đủ lớn để chuyển một lượng vật liệu đáng kể để điền đầy lòng khuôn nhanh và giảm sự mất áp lực ở kênh nhựa và miệng phun

Hình 2.13: Các loại kênh nhựa

Miệng phun: là chỗ nối giữa kênh nhựa với lòng khuôn Các miệng phun thường được giữ ở kích thước nhỏ nhất và được mở rộng nếu cần thiết.

Hình 2.14:Các loại miệng phun

-Miệng phun cuống phun: được dựng khi bạc cuống phun có thể dẫn nhựa trực tiếp vào lòng khuôn.

Hình 2.15: Các thông số miệng phun cuống phun 2.3.6 Hệ thống đẩy

1 Nguyên tắc của hệ thống đẩy

Hệ thống đẩy làm nhiệm vụ lấy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở, bao gồm tấm đẩy, chốt đẩy, tấm giữ, chốt dẫn hướng hệ thống đẩy và các bạc lót.

Hệ thống đẩy phải tuân theo một số quy tắc sau:

- Khoảng đẩy lớn hơn từ 5 – 10 mm so với chiều cao của sản phẩm tính từ mặt phân khuôn.

- Sau khi sản phẩm được lấy ra, hệ thống đẩy phải trở về vị trí ban đầu để tránh hỏng chốt và đảm bảo sản phẩm được rơi tự do.

- Kích thước chốt đẩy phụ thuộc vào kích thước sản phẩm nhưng đường kính không được nhỏ hơn 3mm, trừ khi điều đó cần thiết cho hình dạng sản phẩm.

- Hệ thống đẩy đảm bảo không làm yếu khuôn sau.

- Nên sử dụng chốt dẫn hướng cho hệ thống đẩy vì đường kính chốt đẩy thường rất nhỏ so với hành trình đẩy.

2.Phân loại hệ thống đẩy a Hệ thống đẩy sử dụng chốt đẩy Đây là hệ kiểu đẩy đơn giản nhất Các lỗ tròn và chốt tròn dễ gia công nên doa rộng lỗ các chốt đẩy Chiếu dài của lỗ doa có đường kính D nên lấy như sau:

- Đối với lỗ nhiệt luyện trước khi gia công : L = 4.D

- Đối với lỗ đã nhiệt luyện: L = 3.D

- Lớn nhất L = 20mm, nhỏ nhất L = 6mm.

Hình 2.19: Các loại chốt đẩy b.Hệ thống đẩy sử dụng lưỡi đẩy

Lưỡi đẩy tạo ra nhiều mặt đẩy hơn là chốt đẩy Khi chốt trên khó sử dụng thì lưỡi đẩy là một giải pháp.Tuy nhiên các lỗ đẩy thường khó làm và cần đặt chúng từ các miếng ghép lên đường phân khuôn. c Hệ thống đẩy sử dụng các ống đẩy

Các ống đẩy rất thuận lợi cho quá trình đẩy nhanh các chốt lùi Khi dựng hệ thống đẩy này, góc thoát có thể giảm xuống đến 0,5° để tránh các vết chờm trên bề mặt phía trên. d.Hệ thống đẩy sử dụng các thanh đẩy

Thanh đẩy thường được dựng cho sản phẩm lớn để thanh đẩy không làm hỏng hệ thống lùi trong khi đẩy và lùi về, thanh đẩy phải để cách bề mặt thẳng đứng của khuôn ít nhất 0,5mm. e Hệ thống đẩy sử dụng các tấm tháo

Tấm tháo là một trong những hệ thống đẩy tốt nhất Trong trường hợp này việc dẫn hướng tránh làm hỏng lên khuôn rất quan trọng. f Hệ thống đẩy sử dụng các van đẩy

KỸ THUẬT CAD/CAM

Nguyên lý chung của kỹ thuật CAD/CAM

Với xu thế phát triển hiện nay của các ngành công nghiệp trên thế giới là tạo ra các sản phẩm thoả mãn nhu cầu khách hàng, thị trường về mặt chất lượng sản phẩm đồng thời tìm cách giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất; việc nghiên cứu và áp dụng kỹ thuật CAD/CAM – CNC trở nên vô cùng quan trọng.

Xét một chu kỳ sản phẩm sau:

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý chung kỹ thuật Cad/Cam

Chu kỳ của sản phẩm bắt nguồn từ nhu cầu tiêu dùng của khách hàng sau đó qua quá trình thiết kế chi tiết CAD để tạo ra mô hình hoặc vật mẫu Tiếp đó là quá trình CAM để thiết kế quy trình công nghệ và lập trình gia công NC rồi chuyển dữ liệu sang máy CNC để gia công chế tạo sản phẩm Sau đây ta xét tới hai quá trình chính là quá trình CAD và CAM.

CAD là quá trình thiết kế sản phẩm với sự trợ giúp của máy tính Trong lĩnh vực sản xuất tự động hoá, công nghệ CAD có vai trò tạo ra bản vẽ 2D và 3D, mô hình hoá vật thể ở dạng thể đặc (Solid modeling), là mắt xích trao đổi dữ liệu giữa các hệ thốngCAD/CAM,…Khác với quy trình thiết kế công nghệ theo phương pháp truyền thống,CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số

Bằng cách quản lý CGM trong cơ sở dữ liệu trung tâm, CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát triển sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất - điều khiển các thiết bị sản xuất bằng giải pháp điều khiển số.

Một quá trình CAD thường gồm những bước thiết kế cơ bản sau:

Hình 3.2: Sơ đồ quy trình Cad

- Trên cơ sở triển khai công nghệ CAD trong môi trường thiết kế thì các công cụ CAD có thể được định nghĩa như sau:

Các công cụ CAD là sự tích hợp của các công cụ thiết kế như phân tích, mã hoá, thử sai,… được bổ xung thêm phần cứng và phần mềm máy tính để đạt được thiết kế cuối cùng có hiệu quả.

- Trên cơ sở các thành phần công nghệ CAD, các công cụ CAD được định nghĩa như sau:

Các công cụ CAD là thành phần giao nhau của 3 tập hợp là lập mô hình hình học, đồ hoạ máy tính và các công cụ thiết kế.

CAM có nghĩa là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính Trong hệ thống CAD/CAM thì quá trình CAM được thực hiện với cơ sở dữ liệu là mô hình hình học được xây dựng trong quá trình CAD

Quá trình CAM gồm có những bước cơ bản sau

Hình 3.3: Sơ đồ quy trình Cam

Tương ứng với từng bước trong quá trình CAM cũng có những công cụ cần thiết trợ giúp cho quá trình chế tạo như kỹ thuật CAPP để phân tích chi phí chuẩn bị công nghệ cho quá trình gia công, các phần mềm lập trình NC/CNC và phần mềm kiểm tra.

Các công cụ của CAM cũng có thể được định nghĩa dựa trên việc thực hiện công nghệ CAM trong môi trường chế tạo:

Từ các định nghĩa về công cụ của CAD, của CAM người ta đưa ra định nghĩa cho công cụ của CAD/CAM theo môi trường kỹ thuật thực hiện, nó là giao của năm tập hợp sau:

- Công cụ thiết kế chi tiết, sản phẩm.

- Công cụ chế tạo chi tiết, sản phẩm.

- Lập mô hình hình học.

- Các khái niệm về đồ hoạ máy tính.

- Mạng máy tính và tổ hợp các khái niệm về tự động hoá. Để hệ thống CAD/CAM có thể hoạt động tốt, chúng ta cần phải chuẩn bị hệ thống cơ sở dữ liệu nhằm phục vụ cho quá trình chuẩn bị công nghệ, lập kế hoạch sản xuất,…Có thể nói hệ thống cơ sở dữ liệu có vai trò hết sức quan trọng trong quá trình chuẩn bị công nghệ Nó giúp người thiết kế chọn lựa các giải pháp kết cấu và công nghệ phù hợp với sản phẩm cũng như là đảm bảo tính công nghệ ngay trong quá trình thiết kế kỹ thuật, đặc biệt trong quá trình thiết kế quy trình công nghệ cũng như quá trình thiết kế và chế tạo các phương tiện trang bị công nghệ điều này làm rút ngắn một cách đáng kể về mặt thời gian và giảm chi phí cho quá trình chuẩn bị công nghệ sản xuất.

Các nhóm cơ sở dữ liệu phục vụ cho quá trình chuẩn bị công nghệ bao gồm:

- Cơ sở dữ liệu các chi tiết tiêu chuẩn, phân loại.

- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn dung sai, sai lệch hình dáng, sai lệch vị trí, nhám bề mặt.

- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn xác định lượng dư.

- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn vật liệu trong chế tạo máy.

- Cơ sở dữ liệu về tiêu chuẩn máy, dụng cụ, đồ gá và dụng cụ đo.

Cơ sở dữ liệu và các thủ tục xử lý trong CAD/CAM được thể hiện theo sơ đồ sau:

Hình 3.4: Sơ đồ quan hệ Cad/ Cam

3.1.3 Quy trình chế tạo khuôn ứng dụng CAD/CAM. Để chế tạo ra được một bộ khuôn, ta đưa ra các bước để chế tạo như sơ đồ dưới đây

- Thiết kế sản phẩm : trong phần này ta có thể thiết kế mới một sản phẩm nhựa theo yêu cầu hoặc phải thực hiện việc thảo luận với nhà thiết kế để đưa ra các phương án đảm bảo cho việc thiết kế như : về vật liệu của sản phẩm, kết cấu và hình dạng của sản phẩm có đảm bảo tính công nghệ để thực hiện thiết kế được.

- Thiết kế khuôn : Thiết kế bản vẽ lắp khuôn để xác định sự phân bố của lòng khuôn, cơ cấu đẩy, các chuyển động của khuôn cần cho việc mở khuôn và tạo hình cho sản phẩm Từ đó đưa ra bản vẽ chi tiết cho từng phần để thực hiện quá trình chế tạo và gia công.

- Mô phỏng dòng chảy nhựa : Sử dụng các phần mềm mô phỏng tính toán dòng chảy như Moldflow, Moldex 3D, Ansys để tính toán dự báo các khuyết tật có thể xảy ra trong quá trình đúc và tối ưu hoá các thông số công nghệ.

- Xây dựng dữ liệu CAM : Sử dụng phần mềm Mastercam, Catia để lập trình và mô phỏng quá trình gia công trước khi thực hiện gia công thực.

- Thực hiện gia công : việc gia công các lòng khuôn và lõi khuôn được thực hiện trên trung tâm gia công CNC, máy cắt dây CNC, máy gia công bằng tia lửa điện CNC.

- Đánh bóng, nhiệt luyện mạ và lắp ráp : để tạo độ bóng cho lòng khuôn và lõi khuôn thì ta phải thực hiện công việc đánh bóng bằng các vật liệu là các hạt mài có độ mịn sau đó đem nhiệt luyện đạt độ cứng cần thiết và mạ bằng Crôm Cuối cùng là lắp ráp các bộ phận thành một bộ khuôn hoàn chỉnh.

Phần mềm SolidWorks

SolidWorks hỗ trợ rất đắc lực cho công tác thiết kế và chế tạo cơ khí nên thu hút được số lượng người dùng ngày càng đông đảo trên thế giới SolidWorks tạo ra sản phẩm cuối cùng là các bản vẽ kỹ thuật phục vụ cho chế tạo và lắp ráp Nhưng SolidWorks rất khác so với AutoCAD.

SolidWorks là phần mềm ứng dụng thiết kế trên cơ sở xây dựng mô hình 3D với tham biến kích thước SolidWorks không buộc ta phải tính toán kích thước trước khi dựng mô hình Ta có thể dựng vô tư, rồi lấy đủ các kích thước cần thiết để xác định mô hình mới dựng vào bất cứ lúc nào Các kích thước này sẽ điều khiển mô hình, bất cứ lúc nào ta thay đổi giá trị kích thước thì mô hình sẽ thay đổi cập nhật theo, ứng với giá trị mới từng thao tác dựng hình đều được ghi lại trong cây thiết kế, nên ta có thể

"Undo" bất cứ lệnh dựng hình nào SolidWorks cũng không "vẽ" kỹ thuật mà xây dựng mô hình 3D Sau khi dựng xong, ta muốn gọi ra bao nhiêu hình chiếu, hình cắt,trích cũng được.

Hơn thế nữa, tính mở và tính tương thích của SolidWorks cho phép phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó, SolidWorks cũng kết xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng được phép khai thác mô hình trong môi trường các phần mềm phân tích khác Ví dụ: các phần mềm phân tích ANSYS, COSMOS, MOLDFLOW, …

3.2.2 Giao diện phần mềm Solidworks

Hình 3.5: Giao diện phần mềm Solidworks

Giao diện chương trình thuận lợi cho người sử dụng, không bắt người dùng phải nhớ tên các lệnh một cách chi tiết, vì các biểu tượng của nút lệnh trên các thanh công cụ đã cho người sử dụng biết sơ bộ về chức năng của chúng.

3.2.3 Mở một bản vẽ SolidWorks

Trong SolidWorks có 3 loại bản vẽ:

- Part (bản vẽ chi tiêt): Bản vẽ này thường xuyên được sử dụng để thiết kế các chi tiết 3D.

- Assembly ( bản vẽ lắp): Liên kết các bản vẽ trong bản vẽ chi tiết lại với nhau, để tạo thành một cụm chi tiết hoặc một sản phẩm hoàn chỉnh Bản vẽ lắp liên kết các chi tiết lại với nhau do đó nếu có sự thay đổi nào từ các bản vẽ chi tiết tương ứng trên bản vẽ lắp cũng tự động cập nhập theo.

- Drawing (Bản vẽ kĩ thuật): Bản vẽ này chủ yếu dùng để biểu diễn các hình chiếu hoặc các mặt cắt từ bản vẽ chi tiết hoặc bản vẽ lắp.

3.2.4 Vẽ phác Đây là bước cơ bản đầu tiên để hình thành mô hình Mô hình tạo thành trong SolidWorks được liên kết với biên dạng của chúng Khi hiệu chỉnh biên dạng, mô hình tự động cập nhập những thay đổi này.

Mặt phẳng vẽ phác chứa các đối tượng hình học tạo thành biên dạng của vật thể hoặc các yếu tố hình học trong quá trình xây dựng vật thể (ví dụ như quỹ đạo quét, trục quay…) Mô hình được hình thành từ các biên dạng vẽ phác bằng cách chiếu hoặc xoay các biên dạng Các mô hình 3D được tạo thành dựa trên nền tảng các biên dạng trên nhiều mặt phẳng vẽ phác khác nhau và công cụ tạo hình tương ứng (Extrude, Revolve…) Mặt phẳng vẽ phác liên kết với mô hình Do đó, khi ta hiệu chỉnh mặt phẳng vẽ phác, phần mô hình tương ứng sẽ thay đổi theo.

3.2.5 Chức năng tiện ích trong thiết kế 3D o Công cụ Shaded (tô bóng) Nhấn nút Shaded trên thanh công cụ View hoặc chọn View > Display > Shaded Khi đó các đối tượng 3D được tô bóng như vật thể khối. o Công cụ Hidden Line Removed Nhấn nút Hidden Line Removed trên thanh công cụ View hoặc chọn View > Display > Hidden Line Removed. o Công cụ Hidden in Gray Nhấn nút Hidden in Gray trên thanh công cụ View hoặc chọn View > Display > Hidden in Gray. o Công cụ Wireframe Nhấn nút Wireframe trên thanh công cụ View hoặc chọn View > Display > Wireframe. o View Orientation (hướng quan sát) Nhấn nút View Orientation trên thanh công cụ View hoặc nhấn phím cách (Space), hộp thoại Orientation xuất hiện

3.2.6 Bản vẽ lắp Đây là bản vẽ thể hiện việc lắp ghép một cụm các chi tiết riêng lẻ thành một chi tiết hoàn thiện hơn Khi muốn chèn một chi tiết vào trong bản vẽ lắp, thì các tập tin chứa chi tiết đó sẽ tự động liên kết với tập tin của bản vẽ lắp Chi tiết xuất hiện trong bản vẽ lắp, tuy nhiên các dữ liệu của chi tiết nằm trong bản vẽ lắp vẫn nằm trong tập tin gốc của chi tiết đó Do đó nếu có bất kỳ thay đổi nào trong tập tin gốc thì chi tiết trong bản vẽ lắp sẽ tự động cập nhật và thay đổi theo.

Phần mềm Moldflow Plastics Insights

Moldflow Plastics Insights (MPI) của hãng MOLDFLOW là sản phẩm hàng đầu sử dụng công nghệ mô phỏng chuyên sâu để kiểm tra tính hợp lệ của bản thiết kế chi tiết và khuôn, cung cấp những thông số cần thiết hỗ trợ việc thiết kế khuôn mẫu để sản xuất ra các chi tiết nhựa có chất lượng Là một phần mềm CAE, MPI phân tích chuyên sâu quá trình đúc phun và dùng để dự đoán và giải các bài toán sản xuất trước khi chúng được đưa vào thực tế.

MPI có khả năng mô phỏng các quá trình phun nhựa, nén đặc, làm mát và những hiện tượng xảy ra cho vật đúc như co nhiệt, cong vênh.

MPI sử dụng một công nghệ dựa trên lưới phần tử hữu hạn cho phép ta tiến hành mô phỏng trên nền 3D cho mọi chi tiết nhựa từ thành mỏng tới vật rất dày hoặc vật có cả thành mỏng lẫn thành dày.

Một số tiêu chuẩn của MPI:

- Dễ triển khai trong nhóm làm việc

- Thực hiện cả quá trình phân tích kết cấu lẫn phân tích dòng chảy nhựa

- Có giao diện CAD mạnh.

MPI có thể sử dụng được tất cả các loại mô hình hình học CAD, bao gồm mô hình midplane truyền thống, mô hình khung dây, mô hình mặt cong, mô hình vật thể đặc có thành mỏng và thành dày Với mọi thiết kế hình học, người dùng dễ dàng thực hiện công việc mô phỏng trong môi trường trực quan và tích hợp.

3.3.2 Giao diện phần mềm Moldflow Plastics Insights

Hình 3.6: Giao diện của phần mềm Moldflow Plastics Insights

Vùng đồ họa: là nơi quan sát và thao tác lên chi tiết

Bảng dự án (project): dùng để lưu trữ nhiều phần phân tích cho nhiều chi tiết, mỗi phần phân tích gọi là một study.

Bảng công việc: Liệt kê các thao tác cần thiết và kết quả có được cho từng study.

Các lớp hình học: khi lựa chọn một loại lớp hình học như nút, lưới, mặt cong…, lớp đó sẽ hiện lên trên vùng đồ họa.

- Nhập mô hình hình học (import): Vào File>Import, nạp mô hình hình học của chi tiết từ nhiều định dạng (IGES, UDM…)

- Tạo lưới (Mesh) cho vật thể: Vào Mesh>Creat Mesh Do MPI phân tích quá trình đúc phun dựa trên mô hình ô lưới hữu hạn, ta bắt buộc phải tạo lưới cho vật thể trước

Bảng công việc Lựa chọn hiển thị Vựng ủồ hoạ khi phân tích.

- Lựa chọn loại vật liệu đúc: Vào Analysis>Select Material

- Lựa chọn các thông số cho quá trình đúc: Vào Analysis>Process Settings Wizard.

- Lựa chọn vị trí phun: Vào Analysis>Set Injection Locations.

- Lựa chọn đầu bơm nước làm mát: Vào Analysis>Set Coolant Inlets.

- Lựa chọn số lòng khuôn: Vào Modeling>Cavity Duplication Wizard.

- Xây dựng kênh nhựa : Vào Modeling>Runner System Wizard.

- Xây dựng kênh làm mát : Vào Modeling>Cooling Circuit Wizard.

- Xây dựng bề mặt khuôn : Vào Modeling>Mold Surface Wizard.

- Lựa chọn kiểu phân tích (Fill, Flow, Cooling, Warp…): Vào Analysis>Set Analysis Sequence…

- Thực hiện quá trình phân tích: Vào Analysis>Analysis Now!

Mỗi kiểu phân tích có thể cho những loại kết quả khác nhau hoặc giống nhau Ta so sánh kết quả phân tích với các chỉ tiêu cần đạt, tìm kiếm những điểm bất hợp lý, những khuyết tật tiềm tàng, từ đó sửa đổi thiết kế của chi tiết và khuôn cho phù hợp. MPI cung cấp cho người sử dụng một số lượng kết quả rất phong phú giúp người sử dụng hiểu rõ hơn quá trình đúc phun.

Dưới đây là một số loại kết quả thu được khi chọn kiểu phân tích Flow:

The Fill time result: mô tả vị trí dòng chảy nhựa ở theo thời gian từ lúc vòi phun bắt đầu hoạt động cho đến khi lòng khuôn đầy nhựa Mỗi màu biểu diễn các phần của khuôn được điền đầy ở cùng một thời điểm Màu xanh đậm chỉ những nơi nhựa chảy đến đầu tiên còn màu đỏ chỉ những nơi cuối quá trình chảy Nếu trong chi tiết có vùng bị thiếu nhựa, vùng đó sẽ không được tô màu.

The pressure result: mô tả sự phân bố áp suất trong lòng khuôn theo thời gian Ở giai đoạn điền đầy, áp suất phân bố trong lòng khuôn không được sai khác quá lớn. Với các khuôn có nhiều lòng khuôn, áp suất giới hạn ở mức 100-150 MPa Với khuôn phun nhựa trực tiếp từ cuống phun,, áp suất phải < 70 MPa.

Trong giai đoạn nén đặc, sự thay đổi áp suất sẽ làm ảnh hưởng không tốt tới độ co nhiệt của chi tiết Vì vậy áp suất nên được duy trì không đổi trong giai đoạn này.

The shear modulus result: mô tả ứng mô đun trượt của sản phẩm sau khi đúc

The shear rate, bulk result: xác định độ lớn của tốc độ trượt ở mỗi mặt cắt Tốc độ trượt bắt nguồn từ ứng suất cắt ở thành sản phẩm và độ chảy, là số đo tốc độ các lớp nhựa trượt lên nhau Nếu tốc độ trượt quá lớn, chuỗi polyme sẽ bị phá vỡ và vật liệu giảm chất lượng Tốc độ trượt trong chu trình đúc không được vượt quá giá trị tốc độ trượt cho phép của vật liệu.

The shear stress at wall result: mô tả ứng suất cắt ở chỗ tiếp xúc nhựa lỏng và nhựa đông đặc.

The temperature at flow front result: mô tả nhiệt độ ở đầu dòng chảy trong quá trình đúc.Nếu nhiệt độ đầu dòng chảy quá thấp trong vùng hẹp của chi tiết, sự thiếu nhựa có thể xảy ra Nếu nhiệt độ đầu dòng chảy quá lớn, chất lượng vật liệu sẽ giảm và các khuyết tật trên bề mặt xuất hiện Cần đảm bảo để loại nhiệt độ này luôn nằm trong vùng nhiệt cho phép của nhựa.

The bulk temperature result: mô tả nhiệt độ nhựa ở các vùng khác nhau trong lòng khuôn theo thời gian Nếu nhiệt độ này có giá trị lớn nhất gần bằng nhiệt độ phá hủy vật liệu, cần xem xét thiết kế lại mô hình hình học của chi tiết hoặc thay đổi điều kiện đúc Khi thiết kế khuôn, cần tính đến nhiệt độ phân bố trong lòng khuôn khi điền đầy sao cho đồng đều Sự kém đồng đều có thể dẫn tới vật đúc co nhiệt không đều và bị cong vênh.

The pressure at injection location result: là một biểu đồ mô tả áp suất ở đầu phun trong các thời điểm khá nhau khi điền đầy và nén chặt.

The time to freeze result: chỉ ra tổng thời gian cần thiết từ lúc khuôn được điền đầy tới lúc nhiệt độ của nhựa bằng nhiệt độ đẩy Thời gian này dựa trên quá trình động lực của cả hai giai đoạn điền đầy và nén chặt, khi nhựa nóng được phun vào khuôn. Hầu hết chi tiết có thể được đẩy ra khi kênh nhựa đã đông đặc 50%, và chi tiết có thành dày, tỉ lệ này là 80%.

The frozen layer fraction result: Mô tả chiều dày của các lớp nhựa được làm nguội mô tả dưới hệ số nhân (0÷1) so với chiều dày của chi tiết Chiều dày lớp nhựa nguội càng lớn, chiều dày của dòng nhựa lỏng càng nhỏ, khả năng chuyển động của dòng nhựa càng bị hạn chế.

Trong quá trình điền đầy, độ dày của lớp nhựa đông nên dùy trì không đổi theo dòng chảy liên tục, bởi nhiệt mất cho thành khuôn cân bằng với nhiệt do dòng nhựa nóng cung cấp Khi nhựa không còn được phun vào, lượng mất nhiệt qua thành khuôn sẽ vượt trội làm kích thước của chiều dày lớp nhựa đông tăng lên rất nhanh.

The % shot weight result: là một biểu đồ mô tả tổng khối lượng nhựa được phun vào lòng khuôn, tính theo tỷ lệ % của tổng khối lượng chi tiết nhựa, ở các thời điểm khác nhau trong quá trình điền đầy và nén chặt Từ kết quả, ta thấy rõ áp suất duy trì ảnh hưởng tới lượng nhựa phun vào.

Phần mềm PowerMill Pro 10

DELCAN – một cái tên được mọi người biết đến như một hãng cung cấp các phần mềm giải pháp CAD/CAM Có thể nhắc đến một số phần mềm rất nổi tiếng của DELCAN như ArtCam , PowerMill , PowerInSPECT , Exchange , FeatureCAM , Crispin , PartMaker v.v mổi phần mềm của họ được ứng dụng vào một mảng riêng của CAD/CAM , và nhắc đến CAD của PowerMill Pro 10 thì không thể không nhắc đến phần mềm PowerShape với nhiều tính năng giống như bao phần mềm khác thì PowerShape còn tồn tại khá nhiều tính năng độc đáo khác mà không phải phần mềm CAD nào cũng sỡ hữu được.

3.5.1 Giao diện của phần mềm PowerMill Pro 10

Hình 3.13:Giao diện của phần mềm PowerMill Pro 10

3.5.2 Một số tính năng chính của phần mềm PowerMill Pro 10

Solid Doctor của PowerShape hổ trợ người dùng trong việc phân tích và sửa chữa các mô hình được Import từ các phần mềm thông dụng khác , cùng với việc kết hợp các công cụ tạo hình có sẵn trong PowerShape giúp người dùng có thể thực hiện nhanh chóng và dễ dàng hơn rất nhiều trong việc sửa chữa mô hình bị rách hoặc bị lổi khi chuyển file qua lại giữa các phần mềm khác hệ Kernel.

Tích hợp những tính năng mạnh mẽ trong việc hỗ trợ người dùng tạo ra các mô hình 3D CAD từ tất cả các định dạng file được xuất ra từ máy quét 3D, cho phép người dùng thiết kế lại sản phẩm hoặc tùy chỉnh lại thiết kế (nếu muốn)

Chứa các công cụ phân tích để những điểm chưa tối ưu trên sản phẩm thiết kế như thêm , loại bỏ hoặc thay đổi các cung fillet (bao gồm cả các fillet theo biến có bán kính thay đổi ) để đơn giản hóa công , phân tích mặt phânkhuôn đúc , khuôn ép (Die Mold) v.v

Tích hợp các công cụ thiết kế khuôn mẫu cho các bộ phận 3D phức tạp thông qua Toolmaker của PowerMill Pro 10 giúp người dùng giảm thời gian hoàn thành và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Hình 3.14:Xuất sang file NC từ PowerMill Pro 10

THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC PHUN SẢN PHẨM NHỰA ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT CAD/CAM

Cấu tạo của chi tiết được gia công

1.Giới thiệt về cánh quạt nhựa Senko

Cánh quạt nhựa là một chi tiết nhựa phức tạp với nhiều cạnh giao, góc lượn và nhiều mặt cong Nếu tiến hành thiết kế trên các bản vẽ giấy, quá trình sẽ đòi hỏi tốn nhiều thời gian và công sức để chỉnh sửa Nếu sử dụng AutoCAD, ta tính toán các kích thước trước, rồi vẽ từng đường nét giống như vẽ kỹ thuật, với các tọa độ được nhập vào tương ứng với các giá trị đã tính toán Cần bao nhiêu hình biểu diễn, ta phải vẽ từng đó, rất giống thao tác vẽ tay trên giấy Nếu thay đổi ý đồ thiết kế, ta phải sửa lại rất nhiều hoặc vẽ lại hình vẽ mới (có khi còn nhanh hơn hiệu chỉnh) Các kích thước chỉ là số đo của những đối tượng đã vẽ Nếu đã đóng ứng dụng rồi sau đó mở lại, ta không thể qua trở lại những bước thiết kế trong phiên làm việc trước Không có khả năng dự đoán trước được các khuyết tật có thể xảy ra với các phương án thiết kế,không kiểm soát được dòng chảy nhựa….

Việc sử dụng các công cụ thiết kế 3D trực quan sẽ khắc phục được những khó khăn trên Ngoài ra khi thiết kế sản phẩm nhựa 3D, ta có thể dễ dàng xây dựng mô hình tấm lòng khuôn – lõi khuôn rồi mô phỏng dòng chảy nhựa lựa họn vị trí rót, tối ưu hoá dòng chảy hiệu chỉnh thiết kế khuôn hợp lý và có thể cho chạy trên các phần mềm CAD/CAM tích hợp để mô phỏng gia công và chuyển mã NC cho máy CNC để gia công hoàn chỉnh khuôn.

2.Đặc tính kỹ thuật của cánh quạt nhựa Senko 400

-Chi tiết sau khi gia công không bị rỗ khí, ba via, vết nứt

-Sản phẩm không bị cong, vênh biến dạng

-Được gia công hết các cạnh sắc sau khi tạo sản phẩm.

-Độ chính xác, bóng bề mặt lòng khuôn cao Ra= 0.2– 0.08 độ bóng 12-13

-Vật liệu chế tạo cứng chắc có tính thẩm mỹ cao.

Cánh quạt được cân bằng tĩnh và cân bằng động tốt.

Hình 4.2:Kết cấu chi tiết của cánh quạt nhựa

Cánh quạt là sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và gia đình, nó thực hiện chuyển động quay để tạo gió làm mát môi trường xung quanh.Nên sau khi gia công khuôn cần hoàn thiện khuôn bằng phương pháp mài bóng và cạo nguội để đạt độ bóng bề mặt cao có thể đánh Giáp từ số nhỏ đến số lớn (Giáp 800, 900 1000, 1500,

4.1.2 Lựa chọn vật liệu đúc phun cho chi tiết cánh quạt

- Dựa theo tiêu chuẩn Việt Nam về yêu cầu cụ thể đối với quạt điện TCVN 5699-2- 80:2007

- Theo yêu cầu kỹ thuật của cánh quạt điện Senko 400

- Theo đặc tính của vật liệu nhựa nhiệt dẻo

⮚ Lựa chọn vật liệu đúc phun nhựa cho sản phẩm cánh quạt Senko 40 là : Nhựa ABS (Acrylonitrin – Butadien - Styren) với các đặc tính và thông số kỹ thuật như sau:

1 Cụng thức húa học (C 8 H 8 ã C 4 H 6 ãC 3 H 3 N) n

Acrylonitrile có đặc tính bền nhiệt và bền hoá học Butadiene có đặc tính dẻo và bền Styrence có đặc tính chất dễ tạo hình tạo bề mặt bóng đẹp.

ABS cứng, rắn nhưng không giòn, cân bằng tốt giữa độ bền kéo, va đập, độ cứng bề mặt, độ rắn, độ chịu nhiệt các tính chất ở nhiệt độ thấp và các đặc tính về điện trong khi giá cả tương đối rẻ.

Tính chất đặc trưng của ABS là độ chịu va đập và độ dai Có rất nhiều ABS biến tính khác nhau nhằm cải thiện độ chịu va đập, độ dai và khả năng chịu nhiệt Khả năng chịu va đập không giảm nhanh ở nhiệt độ thấp Độ ổn định dưới tải trọng rất tốt, ABS chịu nhiệt tương đương hoặc tốt hơn Acetal, PC ở nhiệt độ phòng Khi không chịu va đập, sự hư hỏng xảy ra do uốn nhiều hơn dòn.

Tính chất vật lý ít ảnh hưởng đến độ ẩm mà chỉ ảnh hưởng đến sự ổn định kích thước của ABS.

Thường sử dụng phương pháp đúc phun, độ co ngót thấp nên sản phẩm rất chính xác Đúc nhanh có thể dẫn đến sự định hướng của polymer nóng chảy và ứng suất đáng kể mà trong trường hợp đó cần tăng nhiệt độ khuôn Nhựa ABS có thể làm dạng tấm, profile đùn, màng ABS có gia cường sợi thuỷ tinh thích hợp cho đùn thổi.

- Khối lượng riêng 1,03 ÷ 1,08 g/cm 3 Giới hạn bền 40-60 MPa.

- Độ giãn dài 20-60 % Môdun kéo 2500 MPa Môdun uốn 2500 MPa

- Độ dai va đập CHARPY 500 N/cm/mm 2 Nhiệt độ TV: 105 o C

- Nhiệt độ sử dụng tối đa với tuổi thọ 20 000 giờ Tmax: 70 o C Nhiệt độ nhựa đúc phun: 220 – 280 0 C

- Nhiệt độ khuôn đúc phun: 60 – 80 0 C Áp suất phun: 600 – 1800 bar

4.1.3 Ứng dụng phần mềm Solidworks trong thiết kế cánh quạt nhựa

Xác định các thông số hình học và kích thước cơ bản

- Với việc thiết kế dựa trên hiện vật mẫu thì công việc đầu tiên là đo đạc xây dựng số liệu thiết kế Em sử dụng mẫu cánh quạt Senko 400 đây là mẫu cánh quạt nhựa phổ biến trên thị trường do Việt Nam trực tiếp sản xuất Với chi tiết có nhiều bề mặt cong phức tạp như chi tiết cánh quạt cách tốt nhất là đo trên máy đo 3 tọa độ Nhưng do điều kiện không có nên em đo thủ công bằng tay với dụng cụ đo là thước kẹp và thước góc Với mỗi điểm đo em đo 10 lần sau đó lấy giá trị trung bình.

- Kết cấu mô hình chi tiết nhựa cánh quạt Senko được thể hiện bởi các thông số sau

Hình 4.3:Các thông số kích thước cánh quạt Senko 400

Thiết kế mô hình cánh quạt 3D

Bật phần mềm Solidwors/ New/ Part

Lựa chọn mặt Front Plan làm mặt phẳng vẽ, sử dụng các công cụ vẽ trên thanh Skech vẽ:

Bước 1: Vẽ Kích thước cơ bản của cánh:

Hình 4.4: Vẽ biên dạng một cánh

Bước 2: Vẽ biên dạng 2D cho óc quạt Senko

Vào mặt Front Flane dùng công cụ vẽ Line lần lượt vẽ phần lõi như sau:

Hình 4.5: Vẽ biên dạng 2D óc quạt Bước 3: Tạo biên dạng 3D cho óc quạt Senko

Sử dụng lệnh Revolve (Insert/Boss-Base/Revolve) nhập góc quay là 360

Hình 4.6:Tạo mô hình 3D cho óc quạt

Bước 4: Tạo phần cắt trên mặt trụ

-Chọn Front Plane để vẽ cung cong:

-Và tạo phần cắt Split Line trên mặt trụ

Hình 4.7:Tạo phần cắt mặt trụ

Bước 5: Tạo mặt phẳng sơ bộ cho cánh quạt

Kéo giãn đường này theo phương của Top Plane thành một mặt cong bằng lệnhInsert, Surface, Radiate:

Hình 4.8:Tạo mặt phẳng sơ bộ cho cánh quạt

Bước 6: Hiệu chỉnh sơ bộ cho cánh quạt

Chọn mặt đáy dưới để mở một sketch, Convert Entities cạnh ngoài của đáy:

Hình 4.9: Hiệu chỉnh mặt phẳng cánh sơ bộ

Bước 7: Tạo chiều dày cho phần thân cánh quạt

Rồi Insert, Surface, Extrude thành một mặt khác:

Hình 4.10:Tạo chiều dày cho cánh quạt

Bước 8: Dùng mặt này làm công cụ để Trim mặt thứ nhất:

-Rồi dùng lệnh Insert, Boss/Base, Thickend để tạo chiều dày 2 mm cho cánh, nhớ huỷ kiểm Merge Resultvì vẫn có một khe hở nhỏ giữa cánh với "củ" nên chúng chưa hợp nhất được.

-Dùng lệnh Insert, Feature, Draft để tạo dốc về phía đường gờ (với độ dốc 1 độ) cho cả phần trên và dưới cánh quạt; khi đó khe hở cánh với "củ" biến mất, hãy hợp nhất cánh quạt với "củ".

-Sau đó vê tròn mép cánh với R3 để đảm bảo mép dưới là cạnh sắc, dễ tháo khuôn và ít cản gió

Hình 4.11:Hoàn thiệt 1 cánh quạtBước 9: Sử dụng lệnh Array tạo thêm 3 cánh quạt

Hình 4.12:Nhân bản thành 3 cánh quạt

Rồi hợp nhất chúng lại, thêm các feature để hoàn chỉnh thiết kế

Bước 10: Hoàn thiện sản phẩm

Hình 4.13:Cánh quạt 3D hoàn chỉnh bằng phần mềm solidworks

4.2 Thiết kế khuôn đúc phun cho chi tiết cánh quạt bằng phần mềm

4.2.1 Các thông số dữ liệu cho khuôn

1 Thông số vật liệu đúc phun

Chi tiết cánh quạt là một chi tiết có nhiều mặt cong phức tạp, có nhiều góc lượn, có nhiều khe hẹp khá bất tiện cho quá trình gia công Vật liệu đúc chi tết là nhựa ABS (Arcrynolitrilen Butadien Stryren) có các tính chất sau:

- Độ hút ẩm < 0,01% Do vậy trước khi gia công cần phải xấy nóng để khử độ ẩm để đạt chất lượng sản phẩm tốt sau gia công Với nhựa ABS thì nhiệt độ sấy khoảng

60 0 ÷ 80 0 trong 1 đến 2 giờ (thông thường thì nhựa ABS trước khi gia công không cần xấy).

- Độ co rút của nhựa PP: 0,4% ÷ 0,7% Trung bình là ≈ 0,5%.

- Nhiệt độ gia công: Nhiệt độ khuôn là 10 ÷ 80 0 C

- Nhiệt độ sử dụng tối đa với tuổi thọ 20 000 giờ Tmax: 70 o C

- Nhiệt độ nhựa đúc phun: 220 – 280 0 C

- Nhiệt độ khuôn đúc phun: 60 – 80 0 C

- Áp suất phun: 600 – 1800 bar Độ co nhiệt của ABS = 0.4÷1%, ước tính độ co ngót của sản phẩm là 1% Do vậy tất cả các kích thước của chi tiết đều được nhân lên với 1,01

Bằng phần mềm Solidwoks khi thiết sản phẩm sẽ tự động tính toán thể tích và diện tích bề mặt của sản phẩm.

Kích hoạt chi tiết vào lệnh Evaluate/ Mass Properties

Hình 4.14: Tính khối lượng cánh quạt bằng phần mềm Solidworks

Diện tích bề mặt sản phẩm là: (Surface area) S= 0,191 m 2

Thể tích sản phẩm sau khi tính toán là (Volume) V = 128,825 cm 3

Như vậy khối lượng sản phẩm là: (Mass) M = V.γV,96 1,15 8,83 g.

4.2.2 Tính toán thông số khuôn

1.Xác định bạc cuống phun

Hình 4.15:Kích thước bạc cuống phun theo tiêu chuẩn Đường kính đầu phun bạc cuống phun (3mm) cần lấy lớn hơn kích thước chiều dày chi tiết đúc (2mm) Đường kính lỗ bạc nơi phun vào lòng khuôn bằng 2,5 ÷ 3,5 chiều dày chi tiết => lấy đường kính = 6 mm (nếu đường kính này quá lớn sẽ làm tăng thời gian đúc vì cần thêm thời gian làm nguội cuống phun).

Vật liệu làm bạc cuống phun là thép 40Cr13 được tôi và ram ở 50÷200°C với độ cứng 53÷55 HRC nhằm tăng độ cứng và khả năng chống mòn vì bạc là nơi đặt vòi phun nhựa Để hạn chế thêm khả năng mòn, làm thêm một bạc bao ngoài bạc cuống phun.

- Mục đích của việc sử dụng vòng định tâm là để định vị khuôn và giữ chắc bạc cuống phun

- Vòng định tâm được chọn theo tiêu chuẩn , tra theo tài liệu ta chọn được các kích thước của vòng định tâm như sau:

Hình 4.16 : Kích thước vòng định tâm

- Ở đây ta sử dụng loại chốt dẫn hướng có bậc để khắc phục tình trạng nếu dùng loại chốt thẳng thì khi chốt bị cong việc thay chốt dẫn hướng sẽ làm hỏng lỗ lắp ghép.

- Chốt dẫn hướng được chọn theo tiêu chuẩn theo tài liệu [4] với các kích thước như sau :

Hình 4.17:Kích thước chốt dẫn hướng

- Vật liệu : Thép 45 - Nhiệt luyện đạt độ cứng : 55-65 HRC

Mục đích của việc sử dụng bạc dẫn hướng là dùng để lắp ghép với chốt dẫn hướng khi đóng khuôn, nó giúp cho 2 nửa khuôn lắp ghép được chính xác với nhau, ngoài ra nó còn cho phép giảm được chi phi khi bạc bị mòn và cần phải thay thế.

Bạc dẫn hướng cũng được chọn theo tiêu chuẩn tương ứng với chốt dẫn hướng, theo tài liệu tham khảo ta tra được các kích thước theo tiêu chuẩn của bạc dẫn hướng như sau: Vật liệu đồng hoặc đồng thau.

Hình 4.18:Kích thước bạc dẫn hướng

5.Xác định vị trí lỗ tiêu chuẩn dùng cho chốt dẫn hướng có bậc và bạc dẫn hướng trên các tấm khuôn.

Vị trí của chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng trên các tấm khuôn cũng được xác định theo tiêu chuẩn, theo bảng tra tiêu chuẩn trong tài liệu [4] với kích thước khuôn là 500x450mm, ta xác định được vị trí đặt các lỗ và các chốt như sau:

Hình 4.19:Vị trí lỗ tiêu chuẩn

Với g1@mm và g2Emm , g3Pmm.

6 Thiết kế hệ thống đẩy

-Chức năng của hệ thống đẩy là lấy sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi mở khuôn.

-Chiều dài hành trình đẩy phải lớn hơn chiều cao của sản phẩm được lấy ra khỏi khuôn từ 5 đến 10mm Ở dây với yêu cầu lấy sản phẩm ra khỏi khuôn với chiều cao là 5mm thì ta chọn khoảng đẩy Aemm.

Hình 4.20:Thiết kế hệ thống đẩy

-Theo tài liệu tham khảo [1], với diện tích bề mặt sản phẩm là >100 cm 2 ta chon độ dày tấm đẩy là 50mm.

-Phần đỉnh chốt đẩy trong thực tế ta làm dưới lòng khuôn 0,1mm.

-Với chi tiết cánh quạt của ta có kích thước không lớn lắm do vậy ta chọn chốt đẩy theo tiêu chuẩn với các kích thước như sau: d = 4 −0,01 mm; D = 8mm; H= 6 Với khoảng đẩy Amm cộng với chiều dày tấm khuôn, cộng với chiều dày lõi

… vậy chiều dài chốt đẩy sẽ bằng :L&0mm.

Thực tế đỉnh chốt đẩy nằm dưới lòng khuôn 0,1mm nên chiều dài chốt đẩy sẽ bằng : L&0-0,1%9,9mm.

Như vậy chốt đẩy sẽ có kết cấu như sau:

Hình 4.21:Kết cấu của chốt đẩy 7.Thiết kế hệ thống làm mát

Hình 4.22:Thiết kế hệ thống làm mát

Với bề dày lớn nhất của sản phẩm là w = 2mm do đó ta chọn hệ thống làm mát với các kích thước như sau :

- Đường kính ống dẫn dung dịch làm mát : d = 10 mm

- Khoảng cách giữa ống làm mát và bề mặt sản phẩm là : a = 3d = 30mm

- Khoảng cách giữa các ống làm mát là : b = 4d = 40mm.

4.2.3 Thiết kế khuôn đúc phun sản phẩm cánh quạt nhựa bằng Moldworks

Sử dụng đặc tính Moldworks trong Solidworks thiết kế miếng ghép lòng khuôn và lõi khuôn từ mô hình chi tiết nhựa cánh quạt nhựa Senko như sau:

1 Xác định đường phân khuôn

Do cánh quạt nhựa Senko có kết cấu với các cánh quạt đều nằm các mặt phẳng khác nhau nên ta chọn đường phân khuôn chữ Z (là giao khuôn trên và khuôn dưới)

2.Thiết kế miếng ghép lòng khuôn, lõi khuôn

⮚Xác định số lòng khuôn phụ thuộc vào các yếu tố sau:

-Sản lượng sản phẩm hàng năm khách hàng yêu cầu.

-Yêu cầu chất lượng sản phẩm.

-Kích thước và kết cấu của khuôn.

Với kết cấu chi tiết khá phức tạp và kích thước tương đối lớn nên ta chọn phương án khuôn có 1 lòng khuôn.

⮚Sử dụng đặc tính Mold trong Solidworks thiết kế miếng ghép lòng khuôn và lõi khuôn từ mô hình cánh quạt nhựa Senko 400 Đường phân khuôn

3 Kích thước miếng ghép lòng khuôn

Hình 4.24: Ứng dụng đặc tính Mold thiết kế lòng khuôn

Theo yêu cầu thiết kế cánh quạt nhựa Senko có kích thước đường kính là 400mm nên sử dụng kích thước miếng ghép lòng khuôn là 500 x 450 x 108 mm

Hình 4.25:Kích thước miếng ghép lòng khuôn (tấm chày)

4.Kích thước miếng ghép lõi khuôn

Theo yêu cầu thiết kế cánh quạt nhựa Senko có kích thước đường kính là 400mm nên sử dụng kích thước miếng ghép lòng khuôn là 500 x 450 x 108mm

Hình 4.26:Kích thước miếng ghép lõi khuôn (tấm cối)

4.2.4 Thiết kế khuôn đúc phun

Từ phần miếng ghép lòng khuôn và lõi khuôn đã thiết kế bằng Solidworks, sử dụng Moldworks tích hợp trong Solidworks thiết kế khuôn đúc phun hoàn chỉnh cho chi tiết nhựa như sau:

1.Xác định hệ tham chiếu khuôn.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÒNG KHUÔN

Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết

Dựa vào bản vẽ chi tiết gia công ta thấy rằng lòng khuôn là 1 chi tiết thuộc dạng hộp Hộp thuộc loại chi tiết phức tạp trong đó có rất nhiều công việc phải gia công như các lỗ ,các hốc , gờ lồi ,…

5.1.1 Chức năng làm việc của chi tiết

Chi tiết gia công là tấm khuôn trên , là 1 phần rất quan trọng của 1 bộ khuôn hoàn chỉnh , nó bao gồm lòng khuôn của chi tiết gia công , các lỗ để lắp ghép với chốt dẫn hướng , các đường nước làm mát , các lỗ ren để lắp ghép với tấm kẹp phía trước , ngoài ra còn có các mặt bậc tại vị trí của 1 só lỗ lắp ghép.

-Khi lắp khuôn đực và khuôn cái với nhau , giữa hai tấm khuôn sẽ có khoảng không gian để tạo nên hình dạng chi tiết cần chế tạo, hai tấm khuôn này được lắp ráp với nhau nhờ chốt dẫn hướng.

-Khi nhựa lỏng được bơm vào khuôn thì lòng khuôn của tấm khuôn trên này sẽ tạo ra bề mặt ngoài của sản phẩm.

5.1.2 Điều kiện làm việc của chi tiết

-Điều kiện làm việc của chi tiết không khắc nhiệt lắm vì nó chỉ chịu va đập nhẹ khi đóng khuôn , ngoài ra khi nhựa lỏng có nhiệt độ cao được bơm vào lòng khuôn với áp suất cao ,cùng với tốc độ cúa dòng nhựa nóng được bơm vào cũng khiến khuôn bị mòn nhẹ.

-Mặc dù nhựa nóng được bơm vào khuôn liên tục với chu kỳ rất ngắn nhưng nhiệt độ làm việc tại bề mặt của khuôn cũng không cao lắm do ta có sử dụng hệ thống kênh nước làm nguội.

5.1.3.Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết.

Tính công nghệ trong kêt cấu là 1 tính chất quan trọng của 1 sản phẩm hoặc 1 chi tiết cơ khí nhằm đảm bảo lượng tiêu hao kim loại là ít nhất, khối lượng gia công và lắp ráp là ít nhất, giá thành chế tạo là thấp nhất trong điều kiện và quy mô sản suất nhất định.Trong đó các yêu cầu kĩ thuật chung bao gồm :

-Độ không phẳng và độ không song song của các bề mặt chính nằm trong khoảng0,05-0,1mm trên toàn bộ chiều dài, độ nhám bề mặt Ra=1,5-1,25μm.

-Các lỗ đạt độ chính xác IT7…IT10, độ nhám bề mặt Ra=2.5-0,63μm, sai số hình dáng lỗ bằng 0,5 đến 0,7 lần dung sai đường kính lỗ.

-Dung sai độ không đồng tâm của các lỗ bằng dung sai đường kính lỗ nhỏ nhất

-Độ không vuông góc giữa mặt đầu và tâm lỗ nằm trong khoảng 0,01- 0,05mm/100mm bán kính.

-Chi tiết có đủ độ cứng vững khi gia công , không bị biến dạng và có thể sử dụng chế độ cắt cao để tăng năng suất.

5.1.4 Xác định dạng sản suất

Dạng sản suất của chi tiết này là dạng sản suất đơn chiếc theo đơn đặt hàng của nhà thiết kế sản phẩm.

Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi

Phương pháp chọn phôi phụ thuộc rất nhiều vào các vấn đề như như chức năng và kết cấu của các chi tiết trong cụm máy, vật liệu sử dụng , yêu cầu kĩ thuật , hình dáng bề mặt và kích thước của chi tiết máy , quy mô và tính loạt của sản suất.

Chọn phôi nghĩa là chọn loại vật liệu chế tạo , phương pháp hình thành phôi, xác định lượng dư gia công cho các, tính toán kích thước và quyết định dung sai cho các kích thước trong quá trình chế tạo phôi.

Chi tiết có dạng sản xuất loạt nhỏ dạng hộp do vậy ở đây ta sử dụng phương pháp chế tạo phôi là rèn tự do Thiết bị rèn tự do đơn giản, vốn đầu tư ít, loại trừ được các khuyết tật đúc như rỗ khí, rỗ co… Phương pháp này phù hợp với dạng sản xuất loạt nhỏ và đạt yêu cầu kinh tế.

⮚Vật liệu làm lòng khuôn cần có khả năng chống mài mòn, chống oxi hoá cao, khả năng chịu nhiệt và chống biến dạng cao, đồng thời phải dễ cắt và dễ đánh bóng bề mặt.

Từ những yêu cầu trên ta lựa chọn vật liệu để chế tạo khuôn là: thép C45 với các thành phần hoá học là: 0,03%S, 0,03%P, 0,7%Mn, 0,3%Si và 0,45%C.

Năm 2022 Nguyễn Duy Long Khoa : Cơ Khí

Hình 5.1: Kích thước tấm chày trên

Xác định kích thước phôi rèn: từ kích thước của lòng khuôn, ta xác định được lượng dư gia công cơ cho vật rèn Trị số lượng dư tính dựa trên những khuyết tật của lớp bề mặt phôi khi rèn, kích thước và khối lượng phôi, tính chất vật liệu, yêu cầu về độ chính xác và độ bóng gia công cơ, quy trình công nghệ gia công cơ, phương pháp giá đặt, chế độ cắt gọt, chất lượng dụng cụ và thiết bị gia công Ở đây, ta sử dụng công thức kinh nghiệm: δ A = 0,06L + 0,0017 L + 2,8 = 0,06.500 + 0,017.500 + 2,8 = 41 δ B = 0,06C + 0,0017 L + 2,8 = 0,06.450 + 0,0017.500 + 2,8 = 38 δ C = 0,06B + 0,0017 L + 2,8 = 0,06.110 + 0,0017.500 + 2,8 = 17

Dung sai kích thước phôi rèn là: ΔA = ±[(0,03× A) + (0,0003× L) + 1,2] = ±[(0,03× 500) + (0,0003 × 500) + 1,2] = ±16,3 ΔB = ±[(0,026 × B) + (0,0004 × L) + 0,5] = ±[(0,026 × 450) + (0,0004 ×165) + 0,2] ±14,8 ΔC = ±[(0,026 × C) + (0,0004 × L) + 0,5] = ±[(0,026 ×110) + (0,0004 × 500) + 0,2] ±4.6

Kích thước phôi rèn mô tả như hình vẽ dưới đây (các mặt được ký hiệu cho tiện sử dụng)

Hình 5.2:Kích thước phôi tấm chày trên

Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết

5.3.1 Xác định đường lối công nghệ Để quyết định một phương án công nghệ ta phải dựa vào điều kiện sản suất thực tế, tức là dựa vào điều kiện vốn có của cơ sở sản suất về trang thiết bị kĩ thuật ( máy gia công , đồ gá , ) từ đó xác định được phương án công nghệ hợp lí trong một điều kiện sản suất cụ thể.

Nếu phương án công nghệ không hợp lí, không phù hợp với điều kiện sản suất cho phép sẽ làm tăng chi phí sản suất và tăng giá thành sản phẩm. Ở đây để xác định đường lối công nghệ ta giả sử các trang thiết bị công nghệ có tại nhà máy chế tạo khuôn (điều kiện sản suất) bao gồm :

- Tại trung tâm gia công CNC có kết nối phần mềm PowerMill Pro 10

Máy phay CNC BRIDGEPORT-TC1-3D ( hoặc CNC-M850P)

- Tại phân xưởng khuôn gồm có

 Máy mài phẳng có bàn từ

 Máy phay đứng và máy phay ngang thông thường

 Các loại máy khoan đứng, máy khoan cần.

 Thiết bị cho nhiệt luyện khuôn

- Tại phân xưởng nguội có:

 Các loại êtô, dũa, giấy giáp, các loại máy đánh bóng cầm tay, …

 Ngoài ra còn có các đồ gá vạn năng như êtô, một số đế gá đơn giản dùng cho máy phay , máy khoan , các loại phiến tỳ, chốt tỳ tiêu chuẩn…

Với chi tiết dạng hộp loại này và dạng sản suất là đơn chiếc thì dựa vào điều kiện sản suất như trên thì ta có thể thực hiện công nghệ nửa truyền thống, nửa hiện đại tức là với những bề mặt yêu cầu độ chính xác cao và khó gia công ta thực hiện gia công trên máy CNC , những bề mặt có yêu cầu thấp hơn ta gia công trên các máy thông thường, làm như thế ta có thể tận dụng được khả năng của máy gia công thường , giảm khối lượng công việc tập trung quá nhiều trên máy CNC.

5.3.2 Chọn phương án gia công.

Theo như đòi hỏi kĩ thuật của lòng khuôn thì :

- Đối với lòng khuôn có yêu cầu độ chính xác cao, và khó gia công nên ta sẽ gia công trên máy CNC và phương pháp thực hiện là phay trên máy phay CNC.

- Đối với các lỗ ren và đường nước , lỗ lắp chốt hồi , của các chi tiết không yêu cầu độ chính xác như các tấm đế, tấm đỡ thì có thể thực hiện lần lượt phương pháp khoan , khoét, doa, tarô trên máy thường.

Lập tiến trình công nghệ gia công lòng khuôn bằng phần mềm

- Tự động lựa chọn hệ trục toạ độ thích hợp với gia công (người dùng không cần phải chuyển đổi hoặc khai báo toạ độ chuẩn)

- Tự động lựa chọn kích thước phôi tiêu chuẩn với tình năng Block/Calculate

- Có đầy đủ tính năng cần thiết cho quá trình gia công như: Lựa chọn tốc độ quay trục chính, lựa chọn dao, lựa chọn chiều sâu cắt, dung sai kích thước

- Mô phỏng gia công trong môi trường thực tế ảo, có thể hiệu chỉnh quá trình gia công trực tiếp phù hợp.

- Xuất mã sang dạng NC phù hợp với tất cả các máy gia công CNC thông thường Dựa vào bản vẽ chi tiết và các yêu cầu ghi trên bản vẽ mà ta lập được quy trình công nghệ gia công bao gồm các nguyên công sau: Gia công chày và cối tương tự nhau nên em lựa chọn hướng dẫn và gia công chày trên PowerMill Pro 10 với phần mềm gia công PowerMill Pro 10.

5.4.1 Gia công tấm khuôn trên

1.Gia công thô mặt sau tấm khuôn trên

Hình 5.3:Gia công thô mặt sau tấm khuôn trên

Các thông số gia công:

- Mặt phẳng phôi kích thước 541x488x127

- Chi tiết gia công đạt 500 ±0.05 x 450 ±0.05 x 110 ±0.02

- Tốc độ quay trục chính Spindle Speed = 2000 V/phút

- Tốc độ cắt Cuting Speed = 1000 mm/phút

- Tốc độ chạy dao không Skim Feed Rate = 3000mm/phút

Hình 5.4:Tốc độ quay trục chính

- Chiều sâu lát cắt lần thứ 1 Safe Z = 3mm

- Chiều sâu lát cắt lần thứ 2 Safe Z = 2mm Đường chạy dao

Chạy dao nhanh tới cách vị trí gia công Approach Disition = 5mm Đường kính dao Đường kính dao Deameter = T10mm

Dung sai gia công thô

Dung sai gia công mặt phẳng Tolerance Factor = 0.5mm

Dung sai gia công Lỗ = 0.05mm

Lượng ăn dao gia công thô

Lượng ăn dao Step dow = 7mm

Hình 5.5 Gia công thô trên PowerMill Pro 10 2.Gia công tinh mặt sau tấm khuôn trên

- Tốc độ quay trục chính Spindle Speed = 2000 V/phút

- Tốc độ cắt Cuting Speed = 1000 mm/phút

- Tốc độ chạy dao không Skim Feed Rate = 3000mm/phút

Chiều sâu lát cắt lần thứ 1 Safe Z = 3mm

Chiều sâu lát cắt lần thứ 2 Safe Z = 2mm Đường chạy dao

Dung sai gia công mặt phẳngTolerance Factor = 0.01mm

Hình 5.6 Gia công tinh trên PowerMill Pro 10 5.4.2 Gia công lòng khuôn tấm khuôn trên

1.Gia công thô mặt trước chày

-Mặt phẳng phôi kích thước 541x488x127

Tốc độ quay trục chính Spindle Speed = 2500 V/phút

Tốc độ cắt Cuting Speed = 1200 mm/phút

Tốc độ chạy dao không Skim Feed Rate = 2500mm/phút

Chiều sâu lát cắt lần thứ 1 Safe Z = 2mm

Chiều sâu lát cắt lần thứ 2 Safe Z = 1mm Đường chạy dao

Hình 5.7:Gia công thô mặt lòng khuôn 2.Gia công bán tinh mặt trước tấm khuôn trên

Chiều sâu lát cắt lần 1 Safe Z = 2mm

Chiều sâu lát cắt lần 2 Safe Z = 1mm Đường chạy dao

Lượng ăn dao Step dow = 0.7mm

Hình 5.8:Gia công bán tinh mặt lòng khuôn

3 Gia công tinh lòng khuôn

-Mặt phẳng phôi kích thước 541x488x127

Chiều sâu lát cắt lần 1 Safe Z = 2mm

Chiều sâu lát cắt lần 2 Safe Z = 1mm Đường chạy dao

Dung sai gia công mặt phẳng Tolerance Factor = 0.01mm

Lượng ăn dao Step dow = 0.2mm

Hình 5.9:Gia công tinh lòng khuôn

Gia công trên máy CNC

Từ phần mềm PowerMill Pro 10 của Del cam ta chuyển sang mã NC

Hình 5.10:Xuất sang mã gia công NC

Tiêu đề	Nghiên Cứu Thiết Kế Khuôn Đúc Nhựa Nhiệt Dẻo
Tác giả	Nguyễn Duy Long
Người hướng dẫn	PGS.TS Phạm Minh Hải
Trường học	Trường Đại Học Công Nghệ Đông Á
Chuyên ngành	Cơ Khí
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Bắc Ninh

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	7,32 MB