Thiết kế chế tạo khuôn ép cao su cho chi tiết kính lặn

Sự phân hạng cao su tờ theo phương pháp này không phản ánh được phẩmchất thật của cao su, trong khi chờ đợi ban h ành tiêu chuẩn cao su tờ, ta có thêttạm thời sử dụng TCVN 3769-83 để biế

Chương 1 Tìm hiểu chung về công nghệ đúc cao su.

I KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐÚC CAO SU:

Đây là phương pháp thành hình bán thành phẩm thường được dùngnhiều Chúng có thể tạo hình sản phẩm hoàn chỉnh và chuyển ngay sang khâulưu hóa như: ống cao su, đệm làm kín thiết bị, đệm giảm chấn, cáp điện, dâythun, Nhưng chúng cũng có thể tạo hình hoàn chỉnh để đưa ngay vào khuôn

ép như đệm tròn kích thước lớn hoặc lưu hóa trên lòng tạo hình như đệm kính

xe hơi

Đúc khuôn cho phép sản phẩm có bất cứ hình dạng gì miễn là thểtích của hỗn hợp cao su phải lớn hơn thể tích lòng khuôn khoảng 2-3 % vàhình dáng bán sản phẩm tương hợp với hình dáng lòng khuôn

Người ta phân biệt các phương pháp đúc khuôn bằng sức ép(Compression), bằng ép chuyển (Transfert) và bằng tiêm (Injection) Nhưng cả

ba phương pháp sản phẩm được lưu hóa trong khuôn đều phải nhờ một bàn ép

và các thớt ép được gia nhiệt đến nhiệt độ lưu hóa sản phẩm

Hình 1.1 :Sơ đồ nguyên tắc một máy ép với trục dẫn

II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÚC:

1.Phương pháp ép nén đơn giản:

Đây là phương pháp rất phổ biến để lưu hóa các sản phẩm thể tích lớn nhưlốp xe chẳng hạn hoặc lưu hóa cùng một lúc nhiều sản phẩm nhỏ vì sử dụngmột thiết bị tương đối đơn giản

a Quy trình ép:

Sau khi đặt một khối hỗn hợp cao su bán th ành phẩm vào lòng khuôn đãđược dư nhiệt trước, hệ thống nén đóng khuôn lại l àm cho hỗn hợp chảy nhão

và thâm nhập vào toàn bộ các góc của lòng khuôn

Sau vài giây, người ta xả áp lực để xả áp lực để khử bọt khí trong l òngkhuôn trước khi tăng áp lực đầy đủ để lưu hóa (khoảng 50-100 Kg/cm2).Saukhi lưu hóa xong, sản phẩm sẽ được tự động lấy ra hoặc lấy ra bằng tay Saukhi lau sạch khuôn, bán thành phẩm mới lại tiếp tục bỏ vào khuôn

Hình 1.2 : Khuôn ép nén đơn giản.

b Thiết bị sử dụng cho phương pháp đúc khuôn:

Chúng là các máy ép có các th ớt nóng một hoặc nhiều tầng Hệ thống đóngkhuôn thường là các con đội thủy lực, lực đóng thường rất cao(100,200,300,500 tấn)

Các thớt trên đó đặt hoặc gắn khuôn được gia nhiệt bằng hơi nóng luân lưuhay chất lỏng nóng hoặc bằng điện

c Ưu - nhược điểm của phương pháp ép đơn giản:

 Ưu điểm:

- Thiết bị tướng đối đơn giản

- Hệ thống cung cấp nhiệt rất điều h òa và nhiệt dộ tăng rất nhanh

- Đòi hỏi bảo trì nhiều

- Nhiệt phân phối không đều và thường tập trung ở các rãnh đặt dây điệntrở khoan sâu vào thớt

2 Phương pháp ép chuyển:

Phương pháp này sử dụng rộng rãi để lưu hóa một số lượng lớn các chi tiếtnhỏ vì một lượng lớn hỗn hợp được đẩy dồn vào từng lòng một của khuôn

a Quy trình ép:

Giống như phương pháp trên áp suất được đặt vào hỗn hợp ở lòng trungtâm, từ đó, do những rãnh nhỏ, hỗn hợp đi vào các lòng, ở đó chúng được lưuhóa

Người ta có thể dùng một máy ép đơn giản và một khuôn ép chuyển hoặc

là một máy ép đặc biệt có hai hệ thống ép Hệ thống một để đóng khuôn; hệthống hai để đẩy hỗn hợp Phương pháp thứ hai này được ưa chuộng vì độngtác ép chuyển xảy ra sau khi khuôn đã đóng kín, giới hạn được tình trạng cao

su thừa bắn ra quá nhiều, hao hụt nhiên liệu

b Thiết bị sử dụng cho phương pháp đúc khuôn:

Thường là các máy ép có hướng đóng khuôn ngược với các loại máy ép đơngiản Thớt dưới, ở giữa có một lòng trung tâm đựng hỗn hợp và trong lòng cómột piston.Khi máy đóng khuôn, pis ton này sẽ đẩy lên, dồn hỗn hợp vào cácrãnh của khuôn để chúng chảy vào các lòng nhỏ của khuôn

Hình 1.3: Khuôn ép chuyển dùng một hệ thống nén

Mặc dù giá thành các loại máy này đắt hơn các máy ép đơn giản nhưngđược ưa chuộng vì sản phẩm ít bị khuyết tật, ít bị cao su thừa.

c Ưu – nhược điểm của phương pháp ép chuyển:

 Ưu điểm:

- Động tác ép chuyển xảy ra khi khuôn đ ã đóng kín

- Giới hạn được lượng cao su thừa bắn ra quá nhiều gây hao hụt nhi ênliệu

- Sản phẩm ít bị khuyết tật vì ít cao su thừa

a Quy trình ép:

Hỗn hợp được làm dẻo và dư nhiệt trong một máy ép xuất, sau đó đ ượctiêm vào trong một khuôn đã đóng kín bằng vít vô tận hoặc bằng mộ t pistonđộc lập

Hỗn hợp đưa vào khuôn có nhiệt độ gần đạt nhiệt độ lưu hóa để chu kỳcông tác được nhanh chóng

Đây là phương pháp áp dụng để đúc khuôn một số lượng sản phẩm lớn vàrất ít cao su thừa, nhưng việc đầu tư thiết bị lại rất lớn (máy ép , khuôn …)

b Thiết bị sử dụng cho phương pháp đúc khuôn:

Có rất nhiều kiểu khác nhau theo hướng đóng khuôn và hướng tiêm

Máy ép tiêm nằm ngang:

Loại máy ép tiêm này thường có một nhóm bộ phận để tiêm với vít vô tận.Ngoài nhiệm vụ làm dẻo và tăng nhiệt hỗn hợp, vít vô tận còn có nhiệm vụ tậptrung hỗn hợp ở phía đầu máy ép xuất v à bằng một chuyển động trượt tronglòng máy làm cho hỗn hợp được sẵn sàng để tiêm vào lòng khuôn lưu hóa.Ngay khi khuôn được đóng kín, nhờ một hệ thống truyền lực vận h ànhbằng thủy lực, nhóm thiết bị tiêm di chuyển ngang và khi đầu phun tiếp xúcvới lỗ nạp liệu của khuôn vít vô tận ngừng quay v à được đẩy thẳng tới giốngnhư một piston để bơm đầy hỗn hợp vào khuôn, do đó hệ thống này được đặttên là vít – piston

Máy ép thẳng đứng:

Các loại máy này được gọi là “vít và piston” Một máy ép xuất không chỉ

có nhiệm vụ dữ nhiệt và làm dẻo hỗn hợp mà còn điền đầy xy-lanh có nhiệt độ

thấp hơn so với nhiệt độ lưu hóa, trong xy-lanh có piston Ở giai đoạn kếpiston đẩy hỗn hợp vào khuôn sau khi khuôn đã được đóng kín.

Dù là ngang hay thẳng đứng các máy ép tiêm luôn luôn được gia nhiệtbằng điện và bộ phận tạo ép dùng sức nén thủy lực Ngoài ra các máy hiện đạiviệc điều khiển được thực hiện bằng chương trình của máy tính điện tử loại vitính

III NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG QUÁ TRÌNH ÉP :

Nguyên liệu chính dùng cho quá trình đúc là cao su, nó đóng vai trò quantrọng nhất, nó quyết định phần lớn tính năng sử dụng của sản phẩm Do đó,việc chọn lựa loại cao su, phẩm cấp của loại cao su đó l à điều kiện hết sức cầnthiết Đôi lúc trên một sản phẩm phải sử dụng đến hai ba loại cao su v à cóphẩm cấp khác nhau, có như thế mới đạt yêu cầu sử dụng và mang lại hiệu quảkinh tế cho sản xuất Không thể có sản phẩm tốt nếu không sử dụng cao su đạtchất lượng Ngược lại, không nên sử dụng cao su tốt đối với những sản phẩmhay những phần trên sản phẩm không đòi hỏi tính năng cơ lý cao

Cao su nguyên liệu ta có thể chia ra làm ba loại chính là:

- Cao su thiên nhiên

- Cao su tổng hợp

- Cao su tái sinh và cao su bột ( đã lưu hóa )

1 Cao su thiên nhiên:

Đối với các yêu cầu sử dụng thông thường, nhất là để làm săm lốp xe,ngay cả săm lốp xe vận tải, sử dụng cao su thi ên nhiên vẫn cho sản phẩmnhững tính năng ưu việt Nếu pha chế đúng cách, độ mài mòn của lốp xe vẫnkhông thua các lốp xe làm bằng cao su tổng hợp Ngoài ra không thấy có hiệntượng nứt nẻ hay bị biến cứng ở hông lốp nh ư ở lốp xe nhập khẩu làm bằng

cao su tổng hợp Khi đi sâu vào tính chất của cao su thiên nhiên và cao su tổnghợp sau này, chúng ta sẽ dễ dàng chấp nhận điều đó.Ta có các loại cao su sau:

Mủ được lấy từ lô trồng cao su về nhà máy chế biến có hai dạng: mủ nước

và mủ phụ Mủ nước ở dạng lỏng có thêm chất chống đông thường là amoniac

có nồng độ 3% vad formol có nồng độ 5% Mủ n ước dùng để sơ chế thành cao

su tơ xông khói và cao su bún, cốm hạng CSV5D và CSV5

Mủ phụ là mủ đã bị đông gồm mủ chén, mủ miệng, mủ đặc, mủ đất,.v.v

mủ phụ sơ chế thành crepe, cao su bún cốm hạng CSV10, CSV20 và CSV50

Phương pháp sản xuất cao xu tờ xông khói (RSS ):

Mủ nước đem về nhà máy lọc được lọc sạch, pha loãng và đánh đông bằngacid cetic hoặc acid formic nồng độ 2,5% Sau khi mủ đông th ành từng khốihình trụ, mủ được cưa mỏng, ngâm rửa để sạch hết acid, chất đạm v à đưa lênmáy cán trục có vân, vừa cán vừa rửa để loại thật hết acid v à chất đạm ở trong

mủ Sau đó cao su được cán thành từng tờ mỏng dài rộng 50 cm và dày từ 4-5

mm Tờ cao su được vắt lên sào tre hong gió cho ráo nư ớc trong khoảng 8 giờ,sau đó đem xông sơ bộ trong nhà, xông ở nhiệt độ 40-500C trong khoảng 24giờ, tiếp theo tờ cao su được chuyển sang nhà xông chính thức trong 24 gjờ,qua mỗi giai đoạn, nhiệt độ được nâng dần lên đến 700C Dầu hắc chứa trong

khói bám vào tờ cao su tạo thành một màng rất mỏng để chống mốc Thời giansấy và xông tổng cộng từ 4 đến 7 ngày Nhiệt độ cao nhất cao su tờ sông khóiphải chịu đựng tối đa là 700C Ở điều kiện này cao su sơ chế rất ít bị lão hóa

và ít bị băm nát, do đó cường lực kéo đứt cao su ròng rất cao so với cao subún, cốm và crepe ta sẽ đề cập sau Cao su tờ xông khói s ơ chế kỹ rất hích hợp

để sản xuất các hỗn hợp để làm cao su mặt lốp oto, đòi hỏi tính kháng kéo đứt,kháng mài mòn và độ cứng cao

Phương pháp sản xuất cao su bún, cốm:

Mủ nước sau khi đánh đông ở các bể đ ược cho vào máy ép xuất, đùn ratừng sợi đường kính khoảng 5mm hoặc cho v ào máy băm hay máy nghiền búa

để tạo hạt( mủ cốm) Máy nghiền búa thường được sủ dụng cho loại mủ phụ vìkhả năng gột rửa chất bẩn lẫn trong mủ rất lớn Tuy nhi ên vì bị va đập nhiềulần, các phân tử cao su bị cắt đứt, do đó l àm giảm tính năng cơ lý của cao su

Hạt hoặc bún cao su chứa vào các khay kim loại không rỉ, đáy có đục lỗ,khay được di chuyển trong các hầm lò ngược chiều với luồng hơi nóng Việcsấy được thực hiện ở nhiệt độ từ 100 đến 120 0C trong vòng 2 đến 4 giờ.Phương pháp sản xuất này đạt năng xuất cao, tuy nhiên như đã đề cập ởtrên, cao su bị xoắn vặn ở máy đùn, bị băm nghiền ở máy băm và máy búa,ngoài ra ở điều kiện sấy khô 1200 không có chất phòng lão bảo vệ, một phầncao su bị đứt mạch, lão hóa, do đó chất lượng kém hơn cao su tờ Trong thực

tế cao su bún cốm thích hợp cho việc l àm hông lốp oto, kéo cán tráng vảimành, săm xe và các sản phẩm không đòi hỏi tính kháng mòn cao Muốn sửdụng cao su bún cốm vào cao su mặt lớp oto phải tăng cường chất độn chính

là than đen loại tốt ( HAF, SAF v.v.)

Phương pháp sản xuất crepe:

+ Crepe màu nhạt:

Sản xuất từ mủ nước sử dụng để làm sản phẩm màu nhạt như hông tắnglốp xe, dụng cụ y tế, núm vú trẻ con, dụng cụ tắm… Sau khi pha lo ãng, mủnước được cho thêm 0,5% sodium bisulfide tính theo D.R.C đ ể chống cácenzimes làm đen mủ Trong vài trường hợp hóa chất tẩy trắng được thêm vàonhư 0,1% xylyl mercaptan Sau đó acid acetic đư ợc cho vào đánh đông Cáccục đông được cán rửa qua một dàn trục cán liên tiếp, các tờ crepe dược sấykhô ở nhiệt độ 30-400C trong 6 ngày Crepe màu nhạt là loại cao su cao cấpnhất

lò xông giống như với cao su tờ

Trong loại crepe nâu, crepe đi từ mủ đông, mủ chén l à tốt nhất, sau đó là

mủ miệng, mủ dăm, yếu nhất là mủ đất tuy nhiên chất lượng mủ crepe nâucũng tùy thuộc vào khâu cán rửa

Phân hạng cao su sơ chế:

+ Phân hạng cao su tờ xông khói (RSS):

Phân hạng cao su tờ xông khói được thực hiện bằng phương pháp quan sátngoại quan:

+ Loại RSS 1: Không có bọt, không bụi, không vết d ơ.

+ Loại RSS 2: Vài bọt nhỏ, không bụi, không vết dơ

+ Loại RSS 3, 4, 5: Số bọt nhiều dần nhưng không bụi, không vết dơ

Sự phân hạng cao su tờ theo phương pháp này không phản ánh được phẩmchất thật của cao su, trong khi chờ đợi ban h ành tiêu chuẩn cao su tờ, ta có thêttạm thời sử dụng TCVN 3769-83 để biết được chất lượng cao su tờ một cáchchính xác hơn vì hiện nay ngoài một số lớn nông trường thuộc quốc doanh sảnxuất ra cao su tờ xuất khẩu, còn có một số nông trường nhỏ thuộc tập thể hoặc

tư nhân cũng sản xuất cao su tờ không đảm bảo đ ược chỉ tiêu Chất bẩn là chỉtiêu quan trọng nhất trong việc phân hạng cao su

+ Phân hạng cao su bún cốm (CSV):

Việc phân hạng cao su CSV áp dụng cho cao su bún, cốm thực hiện theotiêu chuẩn TCVN 3769-83 với các chỉ tiêu sau:

+ Phân hạng cao su crepe:

Ngoài loại crepe màu nhạt, các loại cao su crepe sản xuất từ mủ đông, mủchén xếp hạng từ màu nhạt đến sậm như sau: 1x, 2x, 3x, 4x và crepe s ố 5 và 6làm bằng mủ dăm, mủ miệng, mủ đất Hai loại cao su crepe sau c ùng này chỉ

để sản xuất các sản phẩm rẻ tiền, chóng hỏng

b Cao su mủ nước cô đặc:

Việc sử dụng mủ nước để làm sản phẩm cao su đã có từ lâu, nhưng mãiđến năm 1923 các phương pháp cô đặc mủ, thuận lợi cho việc chuy ên chở và

sử dụng, mới phát triển mạnh Hiện nay, việc sử dụng mủ n ước cô đặc càngngày càng nhiều và làm ra nhiều mặt hàng cao cấp

Có ba phương pháp cô đặc mủ cao su:

Cô đặc bằng phương pháp ly tâm:

Mủ nước lấy ngoài lô về được bảo vệ bằng các chất chống đông, th ường làammoniac được thêm vào để nâng PH lên đến 10 Sau đó mủ được đưa vàomáy ly tâm để loại bớt nước và đưa D.R.C từ 36% lên đến 60-62% Latex lytâm được tồn chứa vào các thùng chứa dung tích khoảng 200 lít và được xịtthêm khí amoniac vào để bảo quản Nếu tình trạng bảo quản tốt, mủ ly tâm cóthể tồn trữ trong vòng hai tháng mà chất lượng không thay đổi nhiều

Cô đặc bằng phương pháp kem hóa:

Mủ nước pha loãng được kem hóa bằng dung dịch alginate de sodium Mủ

bị gel hóa một phần và nổi lên mặt dung dịch, nước sẽ lắng xuống dưới Người

ta chỉ cần chắt bỏ nước là có được mủ kem Và sau đó bảo quản mủ bằng cáchsục thêm khí amoniac để đưa PH lên đến 10

Cô đặc bằng phương pháp bôc hơi:

Gia nhiệt mủ có các chất chống đông v à giữ cố định ở nhiệt độ 70-800Ctrong một thời gian, hơi nước bay đi và mủ dần dần sệt lại

Trong ba phương pháp trên, cô đ ặc băng phương pháp ly tâm là phổ biếnnhất Hiện nay nước ta cũng đang sản xuất mủ ly tâm để cung ứng cho nhu cầutrong nước để nhúng vải mành, làm thân lốp xe và các mặt hàng gang tay xuấtkhẩu

Theo tiêu chuẩn ISO 2004 cho mủ ly tâm và mủ kem còn quy định thêmhàm lượng đồng, mangan, số lượng mủ đông,chỉ số acid béo dễ bay h ơi, màu

và mùi của mủ

Sử dụng mủ cao su trong công nghiệp cao su mang lại nhiều lợi điểm:

+ Tiết kiệm được năng lượng: Không cần cán luyện khi thêm phụ gia vào mủ.+ Tiết kiệm mặt bằng: Ít đòi hỏi thiết bị lớn, cồng kềnh.

+ Chất lượng sản phẩm cao: Vì các đại phân tử cao su không bị cắt, ngo ài

ra khi nhứng mủ vải mành, cao su dễ thấm vào các khe hở của sợi làm tăngsức kết dính giữa các lớp vải mành so với trường hợp cán tráng bằng cao su khô.Tuy nhiên, áp dụng mủ cao su cũng có vài nhược điểm sau:

+ Các chất độn bổ cường không có tác dụng trên các sản phẩm đi từ mủnước, chỉ gia tăng độ cứng và giảm cường lực của sản phẩm

+ Cao su bị co rút nhiều khi nước bốc hơi hết, do đó chỉ áp dụng cho cácsản phẩm thành mỏng

+ Mủ cao su khô tồn trữ lâu và khi di chuyển xa không có lợi, vì còn chứa

từ 30-40% nước

c Tính chất lý hóa của cao su thiên nhiên:

Lý tính:

Mủ cao su bao gồm nhiều hạt hình quả lê mang điện tích âm Trong 1ml

mủ nước chứa 35% hàm lượng cao su khô có khoảng 200 triệu hạt này.Đường kính trung bình mỗi hạt này 0,139 đến 0,173 Mủ cao su mang tínhkiềm yếu nhưng sau một thời gian, các vi sinh vật trong mủ phát triển sẽ tiết

ra các loại acid làm mủ bị đông Khối lượng riêng của cao su khô là 0,914

Cao su thiên nhiên tan trong các dung môi h ọ béo, họ thơm, ít tan trongcác dung môi cho ra O như cetone

Hóa tính:

Cấu trúc phân tử của cao su thi ên nhiên là polyisopren có công th ức(C5H8) 20000 ỏ dạng Cis-1,4

Dạng isoprene Cis-1,1 này chiếm 100% trong dẫy phân tử cao su củagiống Hevea Brasiliensis Chính nhờ cấu trúc đều đặn n ày ( khác vớipolyisoprene tổng hợp ) làm cho cao su này kết tinh khi bị kéo căng dần đếnkết quả là lực kéo đứt cao su sống rất cao ảnh hưởng tốt đến quy trình cánluyện cũng như tính năng của sản phẩm khi chưa có chất độn.

Mỗi một đơn vị C5H8 của dây phân tử lại có một nối đó ( ch ưa bão hòa )làm cho cao su có thể lưu hóa dễ dàng bằng hệ thống lưu huỳnh Tuy nhiênmặt khác điều này cũng làm cho cao su thiên nhiên dễ bị oxy hóa, ozone táckích dẫn đến tình trạng náo hóa ( đứt mạch ), do đó tính chịu nhiệt của cao sukém Cao su thiên nhiên dễ bị phân hủy ở nhiệt độ 1920C Ngoài ra cao suthiên nhiên dây phân tử không có cực nên dễ bị hòa tan trong dầu khoángnhưng lại không tan trong acetone

d Áp dụng:

Phạm vi sử dụng cao su thiên nhiên rất rộng và rất đa dạng, thường manglại cho sản phẩm thông thường những tính năng cơ lý tính rất tốt và có thểlàm những sản phẩm cao cấp như lốp xe, găng tay, giày dép, các sản phẩm

cơ học, keo rán…

2 Cao su tổng hợp:

Do nguồn cao su thiên nhiên có hạn và tùy vào nhu cầu thị yếu của ngườitiêu dùng, mà người ta đã chế ra một loại cao su với hàm lượng cao su nhiênnhiên tùy theo quy định và một số chất phụ gia để có một loại đ ược gọi làcao su tổng hợp

Tùy vào thành phần pha trộn mà có rất nhiều loại cao su tổng hợp, sau đây

ta xét một số loại điển hình

a Cao su Styrene – Butadiene (SBR ):

Cao su Styrene Butadien (SBR) là lo ại cao su tổng hợp được sản xuấtnhiều nhất trong số các loại cao su tổng hợp khác Nó chiếm 80% tổng số cao

su tổng hợp được tiêu thụ ở Mỹ Có rất nhiều loại cao su SBR thay đổi t ùytheo hàm lượng styrene, chất ổn định, nhiệt độ đồng tr ùng styrene –butadiene, trộn thêm dầu, than đen …

Cao su SBR được các nhà nghiên cứu Đức đồng trùng hợp vào năm 1930.Gọi là Buna S Ngay sau đó các công ty s ản xuất cao su ở Mỹ cũng quan tâmnhiều đến các loại cao su tổng hợp n ày, cho đến khi bắt đầu thế chiến thứ hai

vì nhu cầu cao su tăng vọt, nhất là đối với các nước không có cao su thiênnhiên như Đức lao vào nghiên cứu và sản xuất với số lượng lớn Trước trậnTrân châu Cảng năm 1941, Mỹ sản xuất 40.000 tấn SBR/năm Sau tr ận TrânChâu Cảng, Mỹ nâng lên 705.000 tấn/năm, năm 1942 và lên đến 820.000 tấnnăm 1945 và là yếu tố quyết định thắng lợi của phe đồng minh với phe trục.Tính năng công nghệ của cao su SBR:

Khuyết điểm của sản phẩm cao su SBR so với sản phẩm cao su thi ênnhiên như sau:

- Tính năng thao tác trong sản xuất:

 Lượng tiêu hao năng lượng trong sơ hỗn luyện lớn Nếu sơ luyệnlâu dài độ déo kém dần vì tạo trong cao su các liên kết không gian

ba chiều

 Độ dẻo thấp nên khó điền đầy khuôn Chỉ có thể tăng chút ít độ dẻobằng dầu naphthalene, nhựa thông, coumarone indene resine.

 Nhiệt nội sinh lớn so với cao su thiên nhiên gây tổn thất lớn đối vớisản phẩm bị uốn, ép nhiều lần

 Cao su SBR không có chất độn, cường lực kéo đứt rất thấp khôngđáp ứng được yêu cầu sử dụng, do đó sử dụng cao su n ày cần phải

có một lượng chất độn bổ cường lớn,đặc biệt là than đen

Loại cao su này được áp dụng để làm lốp xe và các sản phẩm khác vì nó

có khả năng phối hợp với các loại cao su khác để tăng tính kháng mỏi mệt ,kháng mòn, kháng nứt nhất là ở hỗn hợp cao su mặt lốp xe cả loại lốp xe dulịch hay xe tải nặng

Ngoài ra loại cao su này khi kết hợp với một số chất độn khác với mứcchất độn bằng nhau, sản phẩm này cho sức kháng xé, sức kháng hút nước và

độ kháng còn thấp hơn cao su thiên nhiên và cao su SBR

Cao su Polybutadiene dùng trong băng t ải phối hợp với cao su thiên nhiêncải thiện được tính cắt, tính xé rách, tính kháng m òn, kháng nhiệt tốt và tínhkháng uốn khúc dập nứt tốt

Ít khi dùng Polybutadiene mà không phối hợp với các loại cao su khác, chỉtrừ trường hợp cần độ kháng mài mòn, độ nảy cao ví dụ như làm banh golfhoặc banh trẻ con.

- Loại chất dính: dùng làm các loại keo dính nhanh và cường độdính lớn

- Loại đặc biệt: sản xuất các sản phẩm chịu dầu cao, cứng rắn,chất làm dẻo có thể lưu hóa được, đế dép Chất kết dính cao cứng để bả o

+ Nhiệt phân giải cao su Polychloroprene ( 233 0C – 2580C ) caohơn cao su thiên nhiên và khả năng chống cháy của cao su này cũng rất lớn vìtrong phân tử có chlor

+ Cao su Chloprene chịu tải trọng, chịu dầu khoáng rất tốt n ênthường để sản xuất các sản phẩm chịu dầu.

+ Tính kháng oxi và ozon của cao su Polychloroprene rất mạnh, lựckéo đứt, độ dãn dài của cao su này ít bị thay đổi khi bị lão hóa do oxy

Nhược điểm:

+ Loại cao su này có thể lưu hóa bằng oxid kim loại như PbO hayZnO hoặc với hệ thống lưu hóa có lưu huỳnh và chất xúc tiến hữu cơ, tuynhiên tốc độ lưu hóa của cao su chloroprene chậm gấp đôi so với cao su thi ênnhiên

+ Loại cao su này có đàn tính cao, độ nén khó ép hình, ngoài ra rất dễdính kim loại tạo khó khăn cho thao tát hỗn luyện

+ Cường lực kéo đứt, độ dãn dài khi đứt kém hơn so với cao su thiênnhiên, tính chịu nhiệt, chịu lạnh đều nhỏ Khi ở 1000C cường lực chỉ còn lại 30– 40% cường lực ở nhiệt độ thường

- Tính kháng nhiệt lão hóa

- Tính kháng ozone và kháng thời tiết

- Tính trống rung

- Tính kháng hóa chất và kháng ẩm

Sản lượng và lượng tiêu thụ cao su Butyl đứng hàng thứ ba trong các loạicao su tổng hợp, việc áp dụng rất đa dạng nhưng số lượng sử dụng lớn nhất

e Cao su Chlorobutyl:

Vì cấu trúc của cao su Chlorobutyl giống nh ư cao su butyl do đó tính năng

sử dụng loại cao su này giống tính năng sử dụng của cao su butyl Các tínhnăng chung như sau:

Ngoài các loại cao su tổng hợp như ta đã xét ở trên còn một số loại như:

3 Cao su tái sinh và cao su bột ( đã lưu hóa ):

Ngay từ khi kỹ nghệ làm lốp, xăm xe phát triển, kỹ nghệ sản xuất cao sutái sinh cũng phát triển theo vì nguồn nguyên liệu chính là săm lốp xe phế thải.Hơn 20 năm qua, thiết bị để làm cao su tái sinh không tha y đổi mấy nhưngphương pháp chế tạo đã khác đi nhiều, tuy nhiên loại cao su để tái sinh chủyếu vẫn là cao su thiên nhiên và cao su SBR, m ột ít cao su Butyl và cao suPolybutadien

Ngoài cao su tái sinh, kỹ nghệ cao su còn sử dụng một loại cao su đã lưuhóa khác dưới dạng bột, cách chế tạo cơ bản khác loại cao su tái sinh

a Cao su tái sinh:

 Phương pháp sản xuất cao su tái sinh:

Tái sinh cao su đã lưu hóa là tái sắp xếp các nối lưu huỳnh liên phân tửthanh nối nội phân tử, do đó cao su lai có lại độ dẻo ban đ ầu và khả năng đểlưu hóa lại một lần nữa Nhưng các phương pháp tái sinh ch ủ yếu hiện tại cũngdẫn đến sự giảm trọng lượng phân tử của cao su, nghĩa l à cắt ngắn phân tử,hậu quả là lảm giảm cơ tính của cao su.

Có nhiều phương pháp sản xuất cao su tái sinh tùy thuộc vào thiết bị nóichung theo một nguyên tắc sau:

Sau khi đã chọn lựa sơ khởi, các sản phẩm cao su phế thải đ ược đưa vàomáy nghiền, cao su và các vật liệu khác như: vải mành, dây thép niềng bị cắt

xé và nghiền vụn Loại bột trên được cho qua một vùng có từ tính mạnh, cácvật liệu có ái lực từ được hút ra ra ngoài như sắt, thép …

Bước kế tiếp là xử lý bột bằng dung dịch soud 5% ở nhiệt độ 1800C trongvòng từ 8-10 giờ Sau đó bột được hấp trong hơi nước sôi ở áp suất 7-40atmosphere

Tiếp theo, bột được rửa, lọc, sấy khô và tinh luyện qua một máy đùn bằngvít vô tận

Việc sử lý bằng soude chỉ được thực hiện ở các xí nghiệp lớn sản xuất cao

su tái sinh, còn phương pháp sử dụng hơi được thực hiện ở các xí nghiệp trungbình hoặc nhỏ với mục đích là tái sử dụng các mẻ luyện không đạt hoặc bị tựlưu hoặc các rẻo cao su thừa

 Tính chất của các loại cao su tái sinh:

Các loại cao su tái sinh được sử dụng như chất phụ thêm để giảm giáthành của mẻ luyện

- Ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất sản phẩm:

Với một lượng dùng thích hợp vào mẻ luyện, cao su tái sinh có thể manglại các lợi điểm sau:

÷ Cải thiện độ dẻo, giảm thời gian cho chất độn v ào mẻ luyện.

÷ Gia tăng tốc độ ép xuất, giảm độ phồng của cao su ở miệng đ ùn.

÷ Cải thiện ngoại quan của sản phẩm đ ùn và giữ cho sản phẩm cán

tráng không bị co rút

÷ Giảm tiêu hao năng lượng vì một phần chất độn đã có sẵn ở

trong cao su tái sinh

÷ Tăng nhẹ tính dính vì trọng lượng phân tử của cao su tái sinh đ ã

bị giảm trầm trọng

- Trở ngại trong việc lập đơn pha chế hỗn hợp:

Để thiết lập đơn pha chế cho một hỗn hợp có cao su tái sinh phải l ưu ýkhông những hàm lượng chất độn có trong đó mà còn có hàm lượng lưu huỳnh

và cả chất xúc tiến còn tồn đọng trong cao su, do đó phải biết nguồn nguy ênliệu gốc của cao su tái sinh

- Ảnh hưởng lên tính chất của sản phẩm:

Nếu cao su tái sinh tinh luyện không kỹ, trong th ành phần sẽ lẫn nhiềuchất bẩn thô nếu tỷ số thêm vào là 10% các tính năng như đ ộ kháng mòn,kháng xé rách, kháng mỏi sẽ suy giảm nghiêm trọng Do đó không nên vượtquá lượng dùng là 15% so với cao su sống

Người ta sử dụng cao su tái sinh chính có gốc l à cao su thiên nhiên hoặccao su SBR và cao su Butyl Không có cao su tái sinh g ốc Nitril hoặcPolychloroprene vì các loại cao su này bị biến cứng do nhiệt

b Cao su bột ( đã bị lưu hóa):

Loại cao su này là bột của các rẻo cao su thừa sau khi lựa sạch vải v à kimloại được đem nghiền mịn, kích thước hạt vào khoảng 1/10 mm Người ta cóthể có nhiều nguồn cao su nhưng chủ yếu là đi từ cao su thiên nhiên, SBR, cao

su Butyl

Thêm vào mẻ luyện ở dạng bột rất khó cho nên người ta thường tạo thànhbột nhão với các loại thuốc làm mềm và để yên vài giờ trước khi sửdụng.Thêm vào mẻ luyện khoảng 5% sẽ cải thiện đ ược tính năng công nghệcủa nó Nếu tỷ lệ thêm vào cao làm hạ giá thành rất nhiều nhưng các tính chấtcủa sản phẩm cũng bị suy giảm nghi êm trọng đặc biệt là lực kéo đứt, độ kháng

xé và các tính chất động của sản phẩm

Người ta cũng có thể dùng hoàn toàn 100% bột cao su đã lưu hóa để sảnxuất sản phẩm bằng cách lưu hóa dưới áp lực cao ở 1500C và có sự hiện diệncủa lưu huỳnh, tuy nhiên tính năng của sản phẩm rất kém

IV CÁC KHUYẾT TẬT VẬT ÉP CAO SU VÀ CÁCH KHẮC PHỤC:

1 Các khuyết tật vật ép cao su:

Trong quá trình ép cao su chúng ta không th ể tránh khỏi các khuyết tật củavật đúc Tuỳ loại cao su dùng để đúc thì có các loại khuyết tật khác nhau Tuynhiên chúng ta có thể đưa ra một số loại khuyết tật thường gặp trong quá trìnhđúc như sau:

 Sai lệch về hình dạng kích thước của vật ép so với mẫu ban đầu

 Chất lượng bề mặt chưa đạt yêu cầu

 Thiếu hụt vật liệu

 Xảy ra hiện tượng rỗ khí(kẹt khí)

2 Cách khắc phục các khuyết tật của vật ép cao su :

Các khuyết tật vật ép cao su luôn xảy ra n ên ta phải có cách khắc phục tuỳloại khuyết tật mà ta có thể có cách khắc phục hoàn toàn, tuy nhiên cũng cóloại ta không thể khắc phục được hoàn toàn Do vậy trong quá trình ép ta cầnphải tính toán sao cho hợp lý nhất

a) Sai lệch về hình dạng kích thước của vật ép so với mẫu ban đầu:

Trong quá trình ép cao su có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sai lệch vật ép

 Thiết kế bản vẽ chưa chính xác dẫn đến sai lệch về kết cấu khuôn Điềunày phụ thuộc chính vào người thiết kế nên người thiết kế phải là người có taynghề cao và hiểu biết về khuôn

 Lắp ráp và bảo trì khuôn không đúng kĩ thuật dẫn tới sai lệch về hìnhdạng vật ép

 Thời gian từ khi cho vật liệu vào khuôn cho đến khi lấy chi tiết ra chưa

đủ để đảm bảo độ nguội và chín đều của chi tiết mà người công nhân đã lấychi tiết ra gây ra hiện tượng sai lệch hình dáng bề mặt, vật liệu bị dínhkhuôn.Do vậy người công nhân phải chú ý đến thời gian ép sao cho hợp lý đốivới từng loại vật liệu để đưa chi tiết ra đúng lúc

b) Thiếu hụt về vật liệu:

Sự thiếu hụt vật liệu làm cho chi tiết ép không đúng hình dạng của chi tiếtban đầu Do vậy để khắc phục khuyết tật n ày thì người công nhân phải địnhlượng được lượng cao su cho vào khuôn để ra một chi tiết hoàn chỉnh

c) Xảy ra hiện tượng, rỗ khí trên chi tiết:

Hiện tượng này làm cho bề mặt chi tiết cũng như bên trong chi tiết có các

lỗ khí, hoặc vật liệu chi tiết không đ ược đồng nhất chỗ láng mịn, chỗ lại gồghề Nguyên nhân chủ yếu của khuyết tật này là do tính không thông khí và s ựlẫn tạp chất trong vật liệu cao su Trong quá tr ình nấu không được làm sạchcác cặn bã Cách khắc phục hiện tượng này là cần chú ý làm sạch tạp chất vàcác cặn bã, tạo lỗ thông hơi cho khuôn

Chương 2 Tổng quan về công nghệ CAD/CAM/CNC v à

ứng dụng tại Việt Nam

Chúng ta đã biết CAD xuất hiện vào năm 1960, với công dụng là công cụ

vẽ (Drafting Tool) Bởi vậy, nó được gọi là “cây bút chì điện tử” (Electronic

Pencil) Cho đến những năm 80 của thế kỷ tr ước, vẽ vẫn là chức năng cơ bản

của các phần mềm CAD Các công cụ vẽ không ngừng được cải tiến, được bổ

sung thêm các tiện ích, khiến cho công cụ vẽ được tiến hành nhanh chóng hơn,chính xác hơn và giúp cho việc quản lý, trao đổi tài liệu thiết kế được dễ dàng

hơn Với chức năng vẽ thì theo tên gọi ban đầu, CAD chỉ là công cụ trợ giúp

vẽ trên máy tính (Computer Aide Drafting).

Theo thời gian, CAD được phát triển theo 2 hướng:

- Một mặt, CAD được tích hợp nhiều chức năng mới Với các tính năng

đồ hoạ đặc trưng của mình, CAD trở thành môi trường phát triển các công cụ

tính toán, phân tích, sản xuất (như tính toán động học, động lực học cơ cấu,

tính toán khí động, nhiệt, từ; lập trình cho máy CNC, quản lý công nghệ,…) Nói cách khác, CAD ngày càng được tích hợp những chức năng mới Nhờ các chức năng này mà CAD đã trở thành công cụ tuyệt vời không chỉ cho các nh à

thiết kế mà cả các nhà kinh doanh, quản lý, nghệ thuật, quân sự,…Giới kỹ

thuật ngày nay đã quen với các thuật ngữ CAE (Computer Aided Engineering), CAM (Computer Aided Manufacturing ) Tuy có chức năng rất khác nhau, các phầm mềm CAE và CAM có đặc điểm chung là được phát triển trong môi trường đồ hoạ của CAD hoặc sử dụng trực tiếp dữ liệu đồ hoạ của CAD Một cách tự nhiên, nhiều hệ CAD, như CATIA (của IBM), Pro/Engineer (của PTC), Cimatron (của Cimatron), đã tích hợp trong nhiều chức năng của CAM

và CAE Chúng thực sự đã trở thành các phầm mềm CAD/CAM/CAE.

- Mặt khác, một số hãng sản xuất phầm mềm CAD khác, như Autodesk,

SolidWorks Corp (với phầm mềm SolidWorks),… tạo ra môi trường mở, cho

phép và khuyến khích tất cả các nhà phát triển sử dụng dữ liệu và công cụ điều

hành của CAD, để tạo ra các phần mềm CAM và CAE khác Chiến lược hợp

tác trên cơ sở chuyên môn hoá đó cho phép tạo ra các sản phẩm phần mềmchất lượng cao, giá thành hạ và giải phóng cho khách hành khỏi sự lệ thuộcvào một vài hệ nhất định

Dù bằng cách nào thì các chức năng CAM và CAE cũng được phát triển trên nền CAD Nếu không phân biệt các chức năng CAD, CAM, CAE do hãng

phần mềm nào tạo ra (đối với người dùng thì điều đó không quan trọng) thì cóthể quan niệm nói các phầm mềm CAD hiện đại đ ã được tích hợp thêm các

chức năng CAM và CAE.

I CÁC NGUYÊN TĂC CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ PHẦN MỀM CAD :

Khi xây dựng phần mềm CAD cần tuân thủ 9 nguyên tắc sau:

1) Hệ thống hóa và hoàn thiện quá trình thiết kế trên cơ sở ứng dụng cácphương pháp toán học và các phương pháp kỹ thuật tính toán

2) Tự động hóa tổ hợp công việc thiết kế trong tổ chức thiết kế

3) Nâng cao chất lượng, điều kiện thiết kế trên cơ sở xây dựng các kinh

nghiệm, các chức năng của CAD.

4) Ứng dụng mô hình toán học hữu hiệu của các đối tượng thiết kế vàocác sản phẩm và chất lượng của vật thiết kế

5) Nhất thể hóa và tiêu chuẩn hóa các phương pháp thiết kế

6) Sử dụng các phương pháp thiết kế đa chức năng và các phương pháptói ưu hóa

7) Xây dựng các ngân hàng mô hình các đối tượng thiết kế, xây dựngngân hàng các phương pháp và các th ủ tục thiết kế

8) Xây dựng ngân hàng dữ liệu nhất quán bao hàm các chỉ dẫn có tínhchất cẩm nang cần thiết cho việc tự động hóa thiết kế các đối t ượng.9) Thay thế các phép tính thử tự nhiên bởi việc mô phỏng trên máy tínhđiện tử.

II CÁC CHỨC NĂNG CỦA CAD HIỆN ĐẠI :

1 Chức năng mô hình hóa:

Với các hệ CAD hiện đại, môi trường làm việc chủ yếu của kỹ sư thiết kế không phải bản vẽ (Drawing) mà là mô hình (Model).

Bản vẽ đúng là ngôn ngữ của người kỹ sư, nhưng nó chứa các hình chiếu,hình cắt, kích thước, các chú giải với những quy ước mà chỉ người kỹ sư mớihiểu được và chỉ dùng để cho con người lưu trữ hoặc trao đổi thông tin vớinhau Bản vẽ là một tài liệu “chết” Còn với mô hình, chúng ta có thể “tháo”,

“lắp”, “quan sát” từ các góc độ, cự ly khác nhau, có thể tra khối l ượng, thể tíchcủa các chi tiết hoặc cụm chi ti ết; có thể “vận hành” nó để khảo sát động học,được minh hoạ qua hình1, gồm mô hình (bên trái) và bản vẽ lắp (bên phải) của

Mô hình trong CAD Bản vẽ trong CAD

Hình 2.1: Mô hình và bản vẽ trong CAD

một chiếc bơm pitton Nếu để ý, chúng ta có thể thấy trong mô h ình, chiếcbơm đã được “tháo vỏ” để quan sát được bên trong Từ một mô hình có thể tạo

ra một hay nhiều bản vẽ tuỳ theo nhu cầu sử dụng khác nhau Các th ành phầntrong bản vẽ (các hình chiếu, mặt cắt, cắt trích, …) có thể đ ược chiết xuất dễdàng từ mô hình Giữa mô hình và các bản vẽ được tạo từ nó có mối quan hệvới nhau: mọi chỉnh sửa trong mô hình sẽ được cập nhật vào bản vẽ và ngược lại

2 Chức năng vẽ CAD:

Tạo bản vẽ kỹ thuật vẫn là chức năng không thể thiếu được của CAD Các phần mềm CAD hiện đại có 2 công cụ giúp tạo ra các bản vẽ kỹ thuật.

a Dùng chức năng Sketch:

Sketcher là công cụ phác thảo, có nhiệm vụ chính tạo ra các Profile 2D

hoặc 3D để từ đó hình thành các mô hình vật đúc (Solid) hoặc bề mặt (Surface) Tuy nhiên, do kế thừa được các công cụ vẽ của CAD truyền thống, lại được bổ sung thêm công cụ tham số hóa, Sketcher của CAD hiện đại trở

thành công cụ vẽ mạnh và linh hoạt để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật Ng ười tathường dùng Sketcher để tạo các bản vẽ đơn giản

b Tạo bản vẽ từ mô hình:

Trong CAD hiện đại, bản vẽ

là sự biểu hiện bằng ngôn ngữ kỹ

thuật của mô hình Vì vậy, cách

thông thường nhất để tạo bản vẽ

là xuất trực tiếp các hình chiếu,

hình cắt từ mô hình Vì vậy, ngoài

cách gọi thông thường (Draw)

bản vẽ còn có tên khác là Hình 2.2: Mô phỏng động lực học

“Lay Out” Từ một mô hình có thể tạo nhanh chóng từ một hay nhiều bản vẽ

Giữa mô hình và các bản vẽ được tạo từ đó có mối liên hệ qua lại Mỗi thayđổi từ mô hình sẽ được cập nhật sang bản vẽ và ngược lại

3 Chức năng phân tích CAE:

Đó là chức năng tính toán động học, động lực học, nhiệt, ứng suất, biếndạng,…của các chi tiết, cơ cấu, thiết bị và hệ thống Các công cụ tính toán,

phân tích trên xuất hiện độc lập với CAD, nhưng đã được tích hợp vào CAD để

tận dụng khả năng đồ hoạ kỹ thuật ng ày càng mạnh của nó

Sự tích hợp các chức năng phân tích v ào CAD làm xuất hiện một thuật ngữ mới: CAE (Computer Aided Engineering).

Nhờ CAE, chúng ta có thể tạo và khảo sát các đối tượng các quá trình

một cách trực quan Trong hình là ví dụ về chức năng mô phỏng động lực họccủa máy bơm Đồ thị ghi lại chuyển vị và vận tốc của đầu Pitton nhờ sự dẫnđộng của vành quay

Chức năng nữa hay gặp trong phần mềm CAD là tính toán cơ học và nhiệt

nhờ tính toán phần tử hữu hạn

Phần lớn hệ CAD có chức năng tính toán các bộ truyền c ơ khí thông dụng,

như bánh răng, xích, đai, cam,… kèm theo thư viện chi tiết tiêu chuẩn, như ổlăn, vòng bít, trục, chi tiết kẹp chặt,… chúng c òn có thể nối ghép các modulchuyên dùng, như thiết kế khuôn, thiết kế đường ống, thiết kế chi tiết vỏmỏng,…

4 Chức năng CAM:

CAM xuất hiện một cách độc lập với CAD, nhằm mục đích riêng là trợ

giúp lập trình cho máy NC Xu hướng tích hợp CAD/CAM nảy sinh từ những

năm 70 của thế kỷ trước để tận dụng môi trường đồ hoạ hấp dẫn của CAD Hiện nay phần lớn các hệ CAD hiện đại đều có chức năng CAM và trở thành các hệ CAD/CAM Chức năng CAM được hình thành trong CAD theo hai

hướng như đã phân tích ở đầu chương

- Theo hướng thứ nhất, các nhà sản xuất phần mềm CAD bổ xung thêm chức năng CAM vào sản phẩm CAD của họ để tạo các phần mềm CAD/CAM thống nhất Đó là trường hợp của các phần mềm Pro/Engineer, Cimatron,

CATIA.

- Theo hướng thứ hai, các nhà chuyên viết phần mềm CAM phát triển các Modul CAM trên nền của các phần mềm CAD của hãng khác Bằng cách này, các sản phẩm CAD/CAM kế thừa được tinh hoa của các hãng sản xuất

hàng đầu thế giới trong cả 2 lĩnh vực Ví dụ, h ãng Pathrace đã chọn các phần

mềm CAD được ưu chuộng nhất thế giới, như Mechanical Desktop, Inventor,

Solid Work để phát triển phần mềm EdgeCAM của họ Kết quả l à sinh ra các

tổ hợp CAD/CAM lai (EdgeCAM for Mechanical Desktop, EdgeCAM for

Inventor, EdgeCAM for Solid Work ) tốt hơn nhiều so với phần mềm

EdgeCAM chính gốc của Pathrace.

III NHỮNG CÔNG NGHỆ MỚI TRONG CAD

Các phần mềm CAD 2D (như AutoCAD) buộc người dùng phải nhập

chính xác kích thước và các quan hệ hình học giữa các đối tượng vào bản vẽ.Điều đó không thể thực hiện được khi chưa có thiết kế hoàn chỉnh Vì vậy,

chức năng vẽ dù tốt đến đâu thì cũng không thể đảm bảo cho CAD thành công

cụ trợ giúp thiết kế thực sự Muốn có môi tr ường thiết kế phải có CAD 3D với

chức năng mô hình hoá và phân tích mạnh với các công nghệ thiết kế mới.Các công nghệ này đảm bảo cho người kỹ sư thiết kế theo “qui trình thuận”,như trong sơ đồ

1 Thiết kế theo tham số (Parametric Design):

Với công nghệ này, thay vì phải vẽ chính xác ngay từ đầu (điều khó thựchiện), chúng ta bắt đầu bằng phác thảo, sau đó mới chính xác hoá bằng cáchgán kích thước và liên kết hình học cho đối tượng Chúng ta cũng có thể gánmối quan hệ giữa các kích thước (ví dụ sự phụ thuộc của đường kính lỗ vàchiều dày may ơ) để mỗi khi thay đổi chiều dày may ơ thì đường kính tự động

thay đổi theo Công nghệ tham số tạo cho CAD các ưu điểm sau:

- Giúp người kỹ sư hình thành và thể hiện ý tưởng thiết kế đúng theoquy luật tự nhiên của quá trình tư duy: đi từ phác thảo ý đồ đến chính xác hoá

mô hình rồi mới xuất tài liệu

- Giữ mối liên kết giữa

mô hình và tài liệu thiết kế (như

đã đề cập ở trên) Hình 2.4 :Quản lý mô hình theo đối tượng

Hình 2.3 : Quy trình thiết kế thuận

2 Thiết kế hướng đối tượng (Feature Based Design):

Công nghệ này đánh dấu một bước tiến lớn trong công nghệ CAD Thay vì

làm việc với các đối tượng đơn giản, như đường thẳng, cung tròn, kíchthước,… rời rạc, người dùng làm việc với các bề mặt (trụ, ren, rãnh then), vớicác chi tiết và cụm lắp ráp

Nhờ vậy có thể tạo các mối ghép, các khớp, cặp truyền động nh ư trong thếgiới thực

Nhờ các đối tượng được quản lý chặt chẽ theo tên gọi và số lượng, việctạo ra cơ sở dữ liệu và xuất bảng danh mục sản phẩm trong bản vẽ lắp đ ượcthuận tiện và dễ dàng, chính xác

Đối tượng cơ sở dùng trong CAD hiện đại là các Feature Từ các Feature

mới hình thành các chi tiết máy, các cụm lắp và các sản phẩm lắp hoàn chỉnh

3 Thiết kế thích nghi (Addaptive Design ):

Đến thời điểm này công nghệ thiết kế thích nghi còn rất mới, duy nhất chỉ

có phần mềm Inventor của Autodesk Nó cho phép tạo ra các mô h ình “thôngminh”, tự thay đổi kích thước để lắp vừa với chi tiết đối ứng

IV TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ V À LẬP TRÌNH:

A KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ (NC):

Theo định nghĩa của Hiệp Hội Công Nghiệp Điện Tử ( Electronic

Industries Association - EIA), điều khiển số (Numerical Control - NC) là hệ

thống trong đó các hoạt động được điều khiển trực tiếp bởi dữ liệu số Điềukhiển số là một hình thức tự động hoá bằng lập trình, trong đó máy công cụđược điều khiển bởi chương trình bao gồm các chỉ thị được mã hoá dưới dạng

ký tự chữ, số và các ký tự đặc biệt khác Chỉ thị điều khiển đ ược chuyển đổithành hai dạng tín hiệu: tín hiệu xung điện v à tín hiệu đóng / ngắt (ON/OFF).Tín hiệu xung điện điều khiển tốc độ động c ơ truyền động tạo nên di chuyểntương đối giữa dao cắt và chi tiết gia công Tín hiệu ON/OFF thực hiện chứcnăng chuyển mạch, đổi chiều quay trục chính; điều khiển các thiết bị phụ trợnhư cung cấp chất bôi trơn và làm nguội, chọn, thay dao và các chức năngkhác như dùng máy kẹp phôi, nhả phôi, …

Hình 2.5 : Công nghệ thích nghi của Autodesk Invetor

a) Điều khiển số trực tiếp:

Giữa những năm 60, các hãng Cincinnati Milacron và General Electric đã

chứng minh khả năng điều khiển trực tiếp máy công cụ điều khiển số từ b ênngoài bởi máy tính thực hiện chức năng lập tr ình truyền chương trình, điềukhiển quá trình gia công Phương thức điều khiển này gọi là “điều khiển sốtrực tiếp”

b) Điều khiển số bằng máy tính:

Có thể nói, kỹ thuật điều khiển số bằng máy tính ( Computer Numerical

Control - CNC) được phát triển từ ứng dụng điều khiển số trực tiếp khi những

thành tựu của công nghệ vi điện tử, vi xử lý cho thiết lập trực tiếp máy tính

trên hệ điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) để điều khiển máy NC.

thiết lập trực tiếp trên

hệ điều khiển máy và

được điều khiển bởi

các chỉ thị lưu trữ trên

bộ nhớ máy tính để

thực hiện một phần

hoặc toàn bộ các chức

năng điều khiển số

Hình 2.6 : Điều khiển số phân phối.

c) Điều khiển số phân phối :

Đặc trưng của điều khiển CNC là khả năng thực hiện lưu trữ đồng thời nhiều chương trình trên bộ nhớ, cho phép vận hành máy CNC không phụ

thuộc vào máy tính chủ để thực hiện nhiệm vụ khác của hệ thống V ào những

năm đầu của thập kỷ 80, khả năng của CNC cùng với sự phát triển của khoa

học máy tính, kỹ thuật truyền thông, phân phối, trong đó có mạng máy tính

được sử dụng để phối hợp hoạt động của nhiều máy CNC.

Ngoài chức năng truyền chương trình tới các máy CNC, hệ thống điều

khiển số phân phối có khả năng giám sát v à điều khiển toàn bộ hệ thống, nhưhiển thị thông tin về trạng thái l àm việc của hệ thống, xuất thông tin hay chỉthị điều khiển, điều hành,…

B ĐIỀU KHIỂN SỐ BẰNG MÁY TÍNH (CNC ):

1 Cấu trúc hệ thống CNC:

Hệ thống CNC bao gồm 6 thành phần chính: chương trình gia công (part

program); thiết bị đọc chương trình (program input device); hệ điều khiển

máy (MCU); hệ thống chuyền động (drive system); máy công cụ; hệ thống phản hồi (feedback system).

Chương trình gia công bao gồm các chỉ thị được mã hoá (mã lệnh) đểđiều khiển quá trình gia công chi tiết Hệ điều khiển chuyển đổi các chỉ thị n àythành tín hiệu điện kích hoạt các chức năng hoạt động của máy

Hệ điều khiển máy (MCU) thực hiện chức năng đọc và biên dịch mã lệnh

điều khiển và sau đó xuất các tín hiệu điện tương ứng Những tín hiệu điềukhiển này được truyền tới bộ khuếch đại servo để điều h ành cơ cấu servo(động cơ điện hoặc động cơ thuỷ lực) Hoạt động của cơ cấu servo cho phépđịnh vị trí chính xác bàn máy hoặc trục chính theo hệ thống truyền động,

thông thường là bộ truyền vitme – đai ốc bi Thiết bị phản hồi (gắn trên đai ốcbi) cảm biến vị trí, chiều, tốc độ dịch chuyển v à phản hồi các tín hiệu này về

hệ điều khiển máy Hệ điều khiển máy so sánh các tín hiệu n ày với tín hiệutham chiếu cho trước bởi các mã lệnh điều khiển và xuất các tín hiệu thamchiếu cho trước bởi các mã lệnh điều khiển và xuất các tín hiệu điều chỉnh tới

bộ khuếch đại servo cho tới khi đạt vị trí y êu cầu

Hệ thống truyền động: thông thường bao gồm bộ khuếch đại servo, c ơcấu servo, bộ truyền đai ốc – vitme bi và bàn trượt Hệ thống này quyết định

độ chính xác, công suất của máy

2 Khả năng của CNC:

So với NC (điều khiển bởi mạch cố định), CNC (điều khiển bằng phần

mềm) có nhiều chức năng sử lý và điều khiển linh hoạt hơn:

- Hiển thị chương trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công:

Màn hình điều khiển với cấu hình cơ bản có khả năng hiển thị thông tin vềthông số vận hành như vị trí, lượng chạy dao, tốc độ trục chính,… cũng nh ưgiá trị các tham số, trong quá trình thực hiện chương trình Hệ thống đồ họatrên các hệ điều khiển hiện đại còn cho phép khả năng quan sát chi tiết, dao cắt

và mô phỏng đường chạy dao trực tiếp trong quá tr ình gia công

- Nhập dữ liệu: Hầu hết các hệ CNC được trang bị bàn phím với đầy đủ

các ký tự có thể nhập dữ liệu bằng tay Ngoài ra, các thiết bị đọc băng và cổng

RS – 232-C hoặc bộ kết nối mạch điều khiển với c ường độ 20 mA cho phép

nhập chương trình gia công từ các thiết bị ngoại vi và xuất chương trình vềmáy tính để lưu trữ trên bộ nhớ hoặc băng đục lỗ

- Lưu trữ chương trình: Có hai loại bộ nhớ được sử dụng cho hệ điều

khiển : ROM và RAM Chương trình hệ thống được lưu trữ trên ROM và chỉ có

thể xoá bỏ bởi thiết bị đặc biệt Ch ương trình gia công được lưu trữ trên RAM.

Dữ liệu trên RAM có thể bị xoá bỏ khi nguồn điện bị mất, tuy nhi ên có thể sử

dụng pin làm nguồn dự trữ và có thể bảo toàn chương trình gia công ngay cảkhi tắt hệ điều khiển

- Biên tập chương trình: Sau khi nhập chương trình từ thiết bị ngoại vi,

có thể thay đổi hoặc cập nhật chương trình này ngay trên hệ điều khiển và lưu

trữ trên RAM Chức năng này hạn chế việc làm lại băng khác, như thường

được thực hiện trên các máy truyền thống

- Kiểm tra chương trình: Nhiều hệ điều khiển CNC hiện đại được trang

bị chức năng mô phỏng chương trình (hiển thị đồ hoạ đường chạy dao và cácchức năng phụ trợ định nghĩa trong ch ương trình gia công) trước khi gia côngthực hiện trên máy

- Chuẩn đoán lỗi: Phần mềm chuẩn đoán cài đặt trên hệ điều khiển

giám sát mọi chế độ vận hành và chức năng của hệ thống CNC Nếu chương

trình dò được lỗi , thí dụ như lỗi chương trình, lỗi vận hành hoặc lỗi trong cơchế servo, tín hiệu báo động hoặc thông báo thích hợp sẽ đ ược hiển thị trênmàn hình

- Tiện ích giao tiếp: Hệ điều khiển CNC có khả năng giao tiếp với các

thiết bị sử lý khác như máy tính, hệ điều khiển robot và các thiết bị điều khiển

lập trình logic (PLC) Khả năng này cho phép nhập chương trình gia công từ

máy tính chủ hoặc mạng máy tính, liên kết với thiết bị máy tính trong điềukhiển số phân phối và hệ thống sản xuất linh hoạt

- Quản lý dữ liệu: Do có khả năng điều khiển hầu hết các chức năng

hoạt động của hệ thống bởi máy tính thiết lập trong MCU, hệ điều khiển CNC

có thể quản lý và cung cấp các thông tin quan trọng như thời gian quay trục

chính, thời gian gia công, thời gian chạy máy và số lượng chi tiết gia công chocác chức năng phân tích.

- Hệ toạ độ và hệ đơn vị: Phần lớn các hệ điều khiển CNC cho phép sử

dụng cả hai phương thức đo toạ độ tuyệt đối và tương đối trên cùng một

chương trình gia công và hầu hết các hệ điều khiển CNC cho phép sử dụng cả

hai hệ đơn vị inch và mét

- Định dạng mã điều khiển: Phần lớn các hệ điều khiển CNC có thể

hoạt động với cả hai mã EIA và ASCII.

- Khả năng tính toán: Ngoài khả năng thực hiện các phép tính số học,

các chức năng điều khiển (rẽ nhánh v à lặp lại), các hàm logic, định nghĩa và

thao tác với các biến, các hệ điều khiển CNC đều có khả năng lập trình Macro.

Chức năng này đặc biệt hữu ích khi qui trình gia công có tính lặp lại như phayphẳng, phay phá, hay quĩ đạo gia công định nghĩa bởi quan hệ toán học Lậptrình macro rút ngắn đáng kể chương trình gia công do hạn chế lặp lại các mãlệnh cho các kiểu đường chạy dao tương tự

- Bù trừ đường kính và chiều dài dao: Chức năng này cho phép biên tập

chương trình theo kích thước chi tiết gia công mà không cần quan tâm tớiđường kính và chiều dài của dao, do đó cho phép sử dụng c ùng một chươngtrình gia công cho các bước gia công thô và tinh với dao kích thước khácnhau

- Nội suy hình học: Trên các hệ NC truyền thống chức năng nội suy

được thực hiện bởi mạch điện tử, trong khi đó CNC sử dụng khả năng của bộ

vi xử lý để thực hiện nội suy thông qua phần mềm Ph ương pháp nội suy

thông dụng nhất trên phần lớn các hệ NC và CNC là nội suy đường thẳng và cung tròn Một số hệ CNC hiện đại có cả chức năng nội suy parabol, đ ường

xoắn và đường cong bậc 3

- Chức năng lập trình: Được thiết lập trên cơ sở vi xử lý, các hệ CNC có

khả năng thực hiện chức năng tính toán, do đó có thể thực hiện một số chứcnăng lập trình như thu phóng hình, tạo ảnh đối xứng, xoay hình

- Khả năng hậu xử lý: Một số hệ CNC hiện đại có khả năng hậu xử lý

(postprocessing) để tiếp nhận trực tiếp dữ liệu về quĩ đạo chạy dao d ưới dạng

mã nhị phân (Binary Cutter Location -BCL) Với máy có bộ hậu xử lý cài đặt

trên bộ nhớ hệ điều khiển, không cần bộ hậu xử lý ngoại tuyến Ph ương thức

hậu xử lý này được thực hiện trong thời gian thực ( real time) trong quá trình

thực hiện chương trình gia công và yêu cầu dung lượng bộ nhớ nhất định cũngnhư các khả năng xử lý logic khác

3 Ưu điểm của CNC:

Từ năm 1952 khi máy phay NC đầu tiên được phòng thí nghiệm cơ cấu

MIT giới thiệu thành công, cho tới nay kỹ thuật CNC đã tạo nên cuộc cách

mạng trong kỹ thuật chế tạo, với những ưu điểm chính như sau :

- Nâng cao năng suất: Năng suất của máy CNC thường cao gấp 3-4 lần

so với máy truyền thống cùng loại; thời gian chuẩn bị máy, thời gian dừngmáy và thời gian kiểm tra ít hơn

- Độ chính xác và độ chính xác lặp lại cao: Độ chính xác l à số đo sự

khác biệt giữa vị trí định vị dao cắt so với vị trí yêu cầu Độ chính xác lặp lại

là khả năng của máy lặp lại độ chính xác của chúng Máy CNC với hệ điều

khiển vòng kín có khả năng gia công với độ chính xác lặp lại về h ình dạngcũng như kích thước Chức năng này cho phép chế tạo các chi tiết lắp lẫn vớilượng vật liệu tiêu hao và thời gian gia công thấp nhất

- Hạ giá thành sản xuất: Sử dụng máy CNC cho phép giảm giá thành

gia công do tiết kiệm dao, đồ gá,…; tăng tuổi thọ dao cắt do sử dụng chế độ

gia công tối ưu; tiết kiệm do phế liệu và công việc làm lại ít; tiết kiệm về chiphí lao động do yêu cầu kỹ năng thấp và năng suất lao động cao; tiết kiệm do

có thể tái sử dụng chương trình gia công; giảm toàn bộ thời giam sản xuất; hệ

số sử dụng thiết bị cao thời gian dừng máy ít; giảm việc vận ch uyển phôi liệubằng phương pháp thủ công và những sai sót do con người gây ra cũng đượcgiảm nhiều

- Giảm giá thành điều hành gián tiếp: Quá trình gia công trên máy CNC

được thực hiện tự động theo chương trình đã lập

V KHÁI QUÁT VỀ CÁC HỆ CAD/CAM/CNC CÓ MẶT TẠI VIỆT NAM.

Số hệ CAD/CAM có mặt ở Việt Nam có thể đến vài chục, trong đó có sản

phẩm của các nhà cung cấp nổi tiếng bậc nhất thế giới Trong phần nghi ên cứu

của em chỉ tìm hiểu một số hệ được biết đến như: CATIA, Cimatron,

Pro/Engineer, SolidWorks.

- Pro/Engineer là sản phẩm của PTC (Pramachic Technology Corp).

Đây là hãng lớn, có bề dày và doanh thu cao trong thị trường CAD thế giới.

Mọi công việc về cơ khí: thiết kế thông thường, khuôn, phần tử hữu hạn, lắp

ráp, CAM (lập trình cho máy phay tới 5 trục, tiện với trục C, cắt dây,…) đều

có thể thực hiện trên Pro/E và các Modul mở rộng của nó Nhược điểm lớn nhất của Pro/E là rất khó học và khó sử dụng Các phiên bản trước của Pro/E

chạy trong Unix Gần đây PTC cho ra các phi ên bản Windows và kể từ phiênbản Pro/E 2000i đã rất cố gắng cải tiến giao diện ng ười dùng theo chuẩnWindows Phiên bản Pro/E Wildfire ra năm 2002 đ ã thể hiện bước tiến đángghi nhận về giao diện người dùng của Pro/E Tuy nhiên, ngay cả trong cácphiên bản mới của Pro/E, khả năng sử lý tài nguyên còn hạn chế Cùng mộtcông việc, Pro/E đòi hỏi cấu hình phần cứng máy tính máy cao và chạy khánặng nề