Nghiên cứu Thiết kế và chế tạo khuôn đế giày

GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page1 CHƢƠNG I GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 . Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy các ngành công nghiệp sản xuất tự động phát triển theo. Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, sự ra đời của máy công cụ điều khiển bằng chương trình số với sự trợ giúp của máy tính, gọi tắt là máy CNC, đã đưa ngành cơ khí chế tạo sang một thời kỳ mới, thời kỳ sản xuất hiện đại. Hầu hết các khu công nghiệp ở nước ta hiện nay ít nhiều đều được bố trí các máy công cụ CNC để phục vụ sản xuất, bao gồm các loại máy Phay, Tiện, Bào, Mài, Khoan có số trục điều khiển 2, 3, 4, 5. Nhưng các cơ sở sản xuất hầu như chưa biết cách khai thác hết khả năng gia công trên máy. Lý do chủ yếu là trình độ lập trình của cán bộ kỹ thuật Việt Nam còn yếu, các chương trình điều khiển máy CNC được người lập trình viết bằng tay, chưa biết sử dụng các phần mềm hỗ trợ để lập trình. Ứng dụng công nghệ CAD/CAM phục vụ cho máy công cụ CNC là vấn đề được nhiều người quan tâm, bởi công nghệ này không chỉ phục vụ trong sản xuất hiện đại, mà còn góp phần nâng cao năng suất chế tạo sản phẩm gia công cơ khí. Chất lượng của một sản phẩm gia công cơ khí không chỉ là vấn đề về độ bền, độ bóng bề mặt, mà còn bao hàm cả độ chính xác về vị trí tương quan, độ chính xác hình dáng hình học của chi tiết gia công. Để chế tạo được những sản phẩm cơ khí có đủ những tính năng như vậy, đối với chúng ta hiện nay còn nhiều khó khăn, chính vì vậy mà hầu hết các sản phẩm cơ khí phức tạp và có độ chính xác cao, hiện nay chúng ta phải nhập ngoại với giá cao. Ngày nay, nhiều phần mềm đồ họa phục vụ trong lĩnh vực thiết kế 3 chiều, mô phỏng chuyển động, hỗ trợ lập trình gia công trên máy công cụ CNC lần lượt được giới thiệu ở các nước phát triển như: Mastercam, Solid Work, Cimatron, Catia, Pro/Engineer, Unigrafic Các phần mềm tiện ích này cũng đã có mặt ở Việt Nam. Đây là những phần mềm rất mạnh, cho phép chúng ta nhanh chóng thiết lập được các bản vẽ 2D, 3D của chi tiết máy và cho phép tự động chuyển mã chương trình gia công trên máy công cụ CNC. Theo báo cáo gần đây nhất, các nhà phân tích công nghiệp hàng đầu của Mỹ đã bầu chọn Delcam đứng đầu trong các nhà cung cấp CAD/CAM trong khu vực Bắc Mỹ, Châu Âu và đứng thứ ba ở Đông Nam Á. Delcam có hơn 125 văn phòng hỗ trợ ở hơn 80 GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page2 quốc gia trên thế giới. Phần mềm của Delcam được sử dụng bởi hơn 9.000 tổ chức trên 80 quốc gia, bao gồm các hiệp hội, tổ chức đa quốc gia tới các nhà thiết kế, chế tạo khuôn độc lập và đến từ nhiều ngành công nghiệp khác nhau như : Không gian, động cơ, thiết bị điện, giày dép, đồ gốm, bao bì, đồ chơi, dụng cụ thể thao, đồ trang sức và biển quảng cáo. Delcam đã sớm được công nhận như chuyên gia cung cấp các giải pháp thiết kế cho những công ty sử dụng các mẫu có tính thẩm mỹ phức tạp, như là nhà cung cấp hàng đầu thế giới với hệ thống CAD/CAM cho nền công nghiệp chế tạo khuôn và phần mềm gia công tiên tiến. Chìa khóa cho sự thành công của Delcam là luôn luôn sẵn sàng đáp ứng và thỏa mãn các nhu cầu của khách hàng. Power Mill là một phần mềm trong gói sản phẩm của Delcam, đây là phần mềm CAM hổ trợ gia công phay trên máy CNC. Vì nó chỉ hổ trợ phay nên giao diện và cách thức sử dụng phần mềm cũng gần gũi với người sữ dụng hơn. Đây cũng là một lợi thế của Power Mill. Phần mềm POWER MILL SP9 là một trong số phần mềm mạnh, cho phép tự động nhận được chương trình gia công điều khiển chuyển động các máy công cụ CNC, sau khi chúng ta thiết lập bản vẽ của chi tiết máy, chọn phôi, vật liệu, dao cụ và kiểu chạy dao. 1.2 . Lý do chọn đề tài  Trong chu kì hình thành sản phẩm, việc lập trình gia công là khâu vô cùng quan trọng. Nó quyết định sản phẩm có đạt các yêu cầu kĩ thuật hay không. Trước đây khi các phần mềm CAM chưa phát triển nên những người lập trình phải gõ từng câu lệnh lên máy CNC (Lập trình bằng tay), việc này chỉ đạt kết quả đối với những chi tiết đơn giản còn đối với những chi tiết phức tạp có khi phải tốn tới mấy ngàn câu lệnh nên người lập trình bằng tay không thể quản lí hết có thể sẽ mắc sai sót ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm thậm chí là hỏng. Do đó việc ứng dụng các phần mềm CAM để lập trình sẽ khắc phục những vấn đề trên. Hiện nay, các phần mềm CAM xuất hiện rất nhiều nhưng chỉ có một số là được phổ biến và nhiều người biết đến. Qua một thời gian tìm hiểu nhóm nghiên cứu đã chọn phần mềm POWER MILL SP9 để làm đề tài tốt nghiệp vì đây là một phần mềm CAM rất mạnh nó rất dễ sử dụng với giao diện trực quan thích hợp với việc học tập, nghiên cứu cũng như ứng dụng vào thực tế. 1.3. Mục đích nghiên cứu và đối tƣợng nghiên cứu  Mục đích trước mắt: Tìm hiểu và sử dụng thành thạo phần mềm để hoàn thành tốt. Bên cạnh đó rèn luyện khả năng khai thác và sử dụng phần mềm đồng thời nắm được các bước gia công một chi tiết hoàn chỉnh cũngnhư khả năng trình bày một tài liệu. GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page3  Mục đích lâu dài: Học hỏi thêm một phần mềm để làm hành trang cho tương lai khi đi xin việc tại các công ty có sử dụng phần mềm POWERMILL.  Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm POWER MILL, các tài liệu hướng dẫn và các chi tiết gia công. 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu  Tham khảo tài liệu: Tài liệu Help của POWER MILL, các tài liệu khác có liên quan như: Sách viết về phần mềm, giáo trình CAD/CAM  Tra cứu tài liệu trên các trang Web liên quan.  Thực hành trên máy tính: Trực tiếp làm việc trên máy tính để kiểm tra lí thuyết.  Tiến hành gia công trên máy phay CNC 3 trục 1.5. Giới hạn đề tài  Do điều kiện và thời gian có hạn nên nhóm nghiên cứu chỉ nghiên cứu các phần sau:  2D Toolpath: Các chu trình gia công 2D.  3D Toolpath: Các chu trình gia công 3D thô (Roughing Toolpath) và tinh (Finishing Toolpath).  Multiaxis Toolpath: Các chu trình gia công trên trục thứ 4  Lập các bước gia công các chi tiết mẫu thông qua các bản vẽ gia công.  Gia công sản phẩm hoàn chỉnh. GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page4 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Khái niệm về đồ gá 2.1.1. Định nghĩa và phân loại đồ gá Để nâng cao độ chính xác của chi tiết gia công tăng năng suất lao động, người ta dùng đồ gá để gá lắp vật làm, gá lắp dao, gá lắp dụng cụ kiểm tra , gọi chung là đồ gá.  Đồ gá để gá lắp chi tiết gia công trên máy gọi là đồ gá máy.  Đồ gá lắp dao gọi là đồ gá dao.  Đồ gá lắp ráp.  Đồ gá lắp các dụng cụ kiểm tra. Theo mức độ chuyên môn hóa thành phần 3 loại.  Đồ gá vạn năng ( mâm cặp, ê tô,)  Đồ gá chuyên dụng ( gia công chi tiết trong một nguyên công).  Đồ gá vạn năng lắp ghép. 2.1.2 . Mục đích sử dụng đồ gá Giảm sức lao động, nâng cao độ chính xác gia công, giảm thời gian. Tăng năng suất lao động, sử dụng đồ gá để mở rộng phạm vi của máy, nâng cao hiệu suất của máy.  Các bộ phận của đồ gá. - Bộ phận định vị việc làm: Có nhiệm vụ xác định ví trí của chi tiết gia công trên máy so với dao cắt. - Bộ phận kẹp chặt: Có nhiệm vụ giữ chặt chi tiết trong gia công. - Bộ phận dẫn hướng: Dần hướng cho dao cắt trong quá trình thực hiện cắt gọt. - Một số chi tiết phụ: Dùng để tháo nhanh sản phẩm, tăng độ cứng vững của đồ gá. - Thân đồ gá: Để lắp ráp các chi tiết của đồ gá. 2.1.3. Định vị chi tiết gia công  Khái niệm: Để đảm bảo độ chính xác của chi tiết gia công, cần phải GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page5 xác định đúng được ví trí tương đối của chi tiết gia công so với dao cắt. Vì vậy, định vị là xác định vị trí tương đối của chi tiết gia công so với dao cắt. 2.2. Chuyển động của vật rắn trong không gian  Mỗi vật thể trong không gian đều có thể chuyển động theo sáu hướng cơ bản, nếu ta đặt các chuyển động của vật rắn đó hệ quy chiếu OX,OY,OZ thì vật rắn có sáu chuyển động trong hệ là. Hình 2.1. Các hƣớng chuyển động của vật rắn  Nếu ta dùng các mối liên kết ràng buộc vật rắn không cho vật rắn chuyển động tự do thì vị trí của vật rắn được xác định trong không gian.  Nếu chi cần 1 hay 1 số chuyển động của vật rắn đó chuyển động tự do thì vật rắn đó sẽ có vô số ví trí trong không gian. 2.2.1. Nguyên tắc định vị 6 điểm Hình 2.2. Định vị vật 6 điểm trong không gian GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page6 2.2.2. Yêu cầu của mặt định vị  Mặt định vị phải có tính chống mòn cao để giữ được độ chính xác lâu dài.  Mặt định vị phải đặt ở những ví trí sao cho khi mòn, hỏng dễ sữa chữa  Mặt định vị phải sạch.  Mặt định vị phải bố trí sao cho lực cắt và lực kẹp hướng vào mặt định vị. 2.2.3. Các chi tiết định vị gia công đồ gá  Các chi tiết định vị của đồ gá thường làm bằng thép 20X; Y7A. Độ cứng 58÷62 HRC, bề mặt làm việc được thấm C sâu từ 0,8÷1,2mm.  Các chi tiết định vị chia làm 2 loại.  Chi tiết định vị chính: Làm nhiệm vụ hạn chế các bậc tự do.  Chi tiết định vị phụ: Không có tác dụng hạn chế các bậc tự do, không làm thay đổi ví trí các chi tiết gia công đã được xác định chỉ làm tăng độ cứng vững của đồ gá . 2.2.4. Các chi tiết định vị mặt phẳng  Các chi tiết định vị chính  Các chi tiết định vị chính gồm 4 loại: chốt đỡ cốt định, phiến tì cố định, chốt đỡ điều chỉnh và chốt tự lựa. Hình 2.3. Các loại chốt đỡ cố định  Chốt đỡ cố định dùng để đỡ các mặt của chi tiết gia công, gồm 4 loại và được tiêu chuẩn hóa về kích thước và hình dáng.  Chốt đỡ đầu phẳng ( hình 2.3 a) dùng để định vị các mặt phẳng đã được gia công.  Chốt đỡ đầu chỏm cầu ( hình 2.3 b) dùng để đỡ các mặt chưa gia công. GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page7  Chốt đỡ đầu khía nhám ( hình 2.3 c) dùng đề định vị mặt phẳng thô loại này có tích diện lớn nên lâu mòn.Để thay thế chốt khi mòn, người ta sử dụng chốt đỡ có bạc lót ( hình 2.3 c)  Phiến tì cố định Hình 2.4. Các phiến tì cố định  Chốt đỡ điều chỉnh: Chốt đỡ điều chỉnh dùng khi dung sai của phôi thay đổi nhiều, chuẩn định vị làm mặt thô, có sai số về hình dáng. Hình 2.5. Chốt đỡ cố định 2.3. Khái niệm chung về khuôn  Chất dẻo: Là một loại vật liệu hỗn hợp được tạo thành từ các polymer cùng với các chất phụ gia phù hợp với mục đích sử dụng như: chất độn, chất gia cường, chất ổn định, chất bôi trơn, chất hóa dẻo, chất chống tĩnh điện, chất tạo màu.  Chất dẻo còn có tên gọi phổ biến ở nước ta là nhựa. GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page8 - Vật liêu polyme ( vật liệu cao phân tử ): chiếm tỷ lệ lớn - Vật liệu gia cường dùng để làm tăng một số tính chất cơ tính và để tiết kiệm vật liệu polimer, chiếm từ 20% ÷ 30% đối với vật liệu dẻo và từ 30% ÷ 60% đối với vật liệu nhiệt rắn. - Các chất phụ gia cần thiết: chiếm từ 5% ÷6% bao gồm: chất ổn định, ánh sáng, thời tiết, chất bôi trơn, dẻo hóa để gia công được dễ dàng và góp phần vào tính hoàn thiện của vật liệu.  Polymer: Là hợp chất hữu cơ mà được hình thành do sự liên kết hóa học bền vững giữa các đơn vị polyme với công thức phân tử hoàn toàn giống nhau, các đơn vị này nối với nhau thành chuỗi dài chứa hàng ngàn đơn vị nên được gọi là cao phân tử.  Cấu trúc phân tử của polyme được mô phỏng như sau : GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page9 Hình 2.6. Phân tử polymem 2.3.1. Các tính chất của chất dẻo Độ bền đứt - Được xác định khi kéo vật liệu dẻo trên máy thử có tốc độ kéo xác định từ 10÷500mm/ phút tại thời điểm đứt xác định được lực và độ giản. Độ bền đứt là tỷ số giữa lực kéo và tiết diện ngang nhỏ nhất của mẫu thử lúc chưa kéo. Độ dản dài đo đứt - Là tỷ lệ giữa độ dãn dài đo được tại thời điểm đứt và độ dãn dài trước khi kéo. Độ bền nén - Là tỷ lệ giữa lực nén cần thiết để làm vở mẫu thử khí nén và tiết diện ngang của mẩu thử khi chưa nén, giá trị độ bền nén thường lớn hơn độ bền đứt. Độ bền uốn - Là đặc trưng của vật liệu chống lại biến dạng đàn hồi, giá trị độ bền uốn thường nằm giữa độ bền kéo và nén. GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page10 Độ dai va đập - Hiện trạng chống lại tải trọng của chất dẻo có thể kiểm tra qua độ dai va đập. Mô đun đàn hồi E - Mô đun đàn hồi đặc trưng cho độ cứng của vật liệu hay tính chất của vật liệu mà dưới tác dụng của lực thì sự biến dạng của mẫu xảy ra ở mức độ nào đó. - Đối với vật liệu đàn hồi nếu theo định luật húc thì ứng suất tỉ lệ thuận với độ giản dài. Độ cứng - Là tỷ lệ giữa lực gây ra độ sâu bị lún vào mặt phẳng, độ cứng đối với chất dẻo là vật dễ bị biến dạng trở lại đàn hồi khi không có lực tác dụng. [...]... giữa lõi và lòng khuôn được gọi là mặt phân khuôn Ngoài lõi và lòng khuôn thì còn các bộ phận khác chức năng của chúng được biễu diễn hình sau: Hình 4.4 Cấu tạo sơ bộ Hình 4.4 Bộ phận cơ bản của khuôn NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page19 GVHD:VI TRUNG KIÊN  Kết cấu của khuôn đế giày  Khuôn đế giày dùng trong ép tạo hình, đùn tạo hình, phun tạo hình thì phần quan trọng nhất trước hết là vùng lòng khuôn đảm... sản phẩm giày dép NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page16 GVHD:VI TRUNG KIÊN CHƢƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 4.1 Cơ sơ thiết kế khuôn 4.1.1 Khái niệm về khuôn  Khuôn là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau, ở đó nhựa được phun vào, được làm nguội rồi sau đó đẩy ra Khuôn là một dụng cụ để định hình một loại sản phẩm, nó được thiết kế sao cho có thể sử dụng cho một số lượng chu trình yêu cầu Kích thước của khuôn. .. dòng chảy, khuôn ba tấm rất phù hợp với nhiểu trường hợp  Hệ thống này gồm khuôn sau, khuôn trước Nó được tạo ra hai khoảng sáng khi khuôn mở, một khoảng sáng để lấy sản phẩm ra và khoảng sáng kia để lấy kênh nhựa ra Nhược điểm của hệ thống khuôn ba tấm là khoảng cách giữa vòi phun của máy và lòng khuôn của máy rất dài, nó làm giảm áp lực khi phun khuôn và tạo ra nhiều phễu liệu NGHIÊN CỨU KHOA HỌC... cần gia công  Bản vẽ chi tiết của khuôn đế giày Hình 4.4 Bản vẽ khuôn đế giày NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page21 GVHD:VI TRUNG KIÊN Có thể thiết lập trên các phần mềm CAD như: PowerShape, Creo, Inventor, Catia, rồi Import sang phần mềm PowerMill để tiến hành làm chương trình gia công Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phần mềm PowerShape của hãng DELCAM để thiết lập chi tiết đế giày, ưu điểm của phần mềm là hỗ trợ... trên của đế giày Mặt dƣới NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page22 GVHD:VI TRUNG KIÊN Hình 4.7 Mặt dƣới của đế giày Bƣớc 2: Thiết đặt phôi, cấu hình chƣơng trình, các tham số dao cụ và các tham số công nghệ Khi đã có mô hình hình học của chi tiết ta tiến hành thiết đặt phôi liệu và các tham số về máy, dụng cụ, công nghệ như sau… 4.4.1 Thiết đặt phôi và cấu hình chƣơng trình, dao cụ  Thiết đặt phôi… - Click vào công... bảo lấy sản phẩm ra khỏi khuôn một cách dễ dàng  Vật liệu chế tạo khuôn phải có tính chống mòn cao và dễ gia công  Khuôn phải đảm bảo độ cứng vững khi làm việc, tất cả các bộ phận của khuôn không được biến dạng hay lệch khỏi ví trí cần thiết khi chịu lực ép lớn NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page20 GVHD:VI TRUNG KIÊN  Khuôn phải có hệ thống làm lạnh bao quanh lòng khuôn sao cho lòng khuôn phải có nhiệt độ ổn... sản phẩm tạo hình như mong muốn  Lấy lòng khuôn làm trung tâm, khuôn được tạo thành từ những chi tiết ở vùng lòng khuôn, có thêm thiết bị đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn, bộ phận gia nhiệt, bộ phận gá lắp khuôn trên máy và trang thiết bị khác Ngoài các bộ phận nêu trên còn có thêm bộ phận dẫn vật liệu nóng chảy vào khuôn như đậu rót, rãnh dẫn, cổng phân phối, về cơ bản có sáu bộ phận: - Vùng lòng khuôn -... vật liệu - Thiết bị đẩy, lấy sản phẩm - Bộ phận điều tiết nhiệt độ của khuôn ( bộ phận thực hiện gia nhiệt hay làm nguội ) - Bộ phận gá lắp khuôn vào máy - Các chi tiết của khuôn cơ sở  Trong đó, vùng lòng khuôn là vùng trực tiếp tạo kích thước và hình dáng sản phẩm, nó được hình thành từ hốc khuôn và lõi khuôn, thông thường kết hợp hai bộ phận đó được gọi là ”cavity” Vì hình dáng lòng khuôn , độ... KIÊN  Khuôn nhiều tầng: Khi yều cầu một số lượng sản phẩm lớn và để giữ giá thành sản phẩm thấp , hệ thống khuôn nhiều tầng được chế tạo để giữ lực kẹp của máy , với hệ thống khuôn này chúng ta có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn Hình 4.3 Khuôn nhiều tầng 4.2 Các bộ phận cơ bản của khuôn - Khuôn gồm hai bộ phận chính: Một phần là lõm và sẽ xác định hình dạng ngoài của sản phẩm được gọi là lòng khuôn, ... định để vật liệu dễ đẩy vào lòng khuôn và định hình nhanh chóng trong lòng khuôn, rút ngắn thời gian và tăng năng xuất  Khuôn phải có cơ cấu hợp lý , không quá phức tạp sao cho phù hợp với mục đích sử dụng 4.3 Quy trình công nghệ gia công khuôn đế giày Thiết lập mô hình Gia công Vật liệu Xuất CT Đồ gá Thiết lập các thông số công nghệ 4.4 Phân tích các quy trình công nghệ Bƣớc 1: Thiết lập mô hình hình . phận cơ bản của khuôn GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page20  Kết cấu của khuôn đế giày  Khuôn đế giày dùng trong ép tạo hình, đùn tạo hình, phun tạo hình thì phần. Các sản phẩm giày dép GVHD:VI TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Page17 CHƢƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 4.1 . Cơ sơ thiết kế khuôn 4.1.1 nhà thiết kế, chế tạo khuôn độc lập và đến từ nhiều ngành công nghiệp khác nhau như : Không gian, động cơ, thiết bị điện, giày dép, đồ gốm, bao bì, đồ chơi, dụng cụ thể thao, đồ trang sức và