Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CAD CAM TRONG THIẾT KẾ CHẾ TẠOKHUÔN MẪU

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CAD/CAM TRONG THIẾT KẾ CHẾ TẠOKHUÔN MẪU Học Viên: Nguy

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

******

BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CAD/CAM TRONG THIẾT KẾ CHẾ TẠOKHUÔN MẪU

Học Viên: Nguyễn Quý Trọng

Lớp: CHK12 CTM

Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy

HDKH: PGS.TS.Tăng Huy

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

PGS.TS.Tăng Huy Nguyễn Quý Trọng

1 Tính cấp thiết của đề tài.

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, hiện nay các máy công cụ CNC, trung tâm gia công được sử dụng phổ biến ở nước ta Việc khai thác khả năng công nghệ các thiết bị đó

để đạt được hiệu quả kinh tế cao đang là nhiệm vụ cấp bách Việc sử dụng công nghệ CAD/CAM để khai thác tính ưu việt của các máy CNC, trung tâm gia công là hết sức cần thiết Bằng cánh sử dụng công nghệ CAD/CAM máy CNC có thể gia công được những sản phẩm theo mong muốn cho dù là rất phức tạp Một trong ứng dụng gia công những chi tiết khó trên máy CNC, trung tâm gia công đó là gia công khuôn mẫu, đặc biệt là khuôn mẫu nhựa Cùng với sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM đã mang lại thành quả trong đời sống, trong ngành cơ khí và trong công nghệ làm khuôn đã có những thay đổi rõ rệt Trước đây đã có một số công trình nghiên cứu về vấn đề CAD/CAM đã được công bố như: Tác giả Ngô Tấn Hồng; Trần Quốc Việt đã nghiên về lập trình gia công cho máy CNC bằng phương pháp chiếu hình phần mềm Mastercam 9.1 [7] Tác giả Trần Xuân Tùy, Bùi Mạnh Tuấn nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC để thiết kế, chế tạo bánh răng con lăn [10] Ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC vào sản xuất chân tay giả [12] Công trình nghiên cứu của Viện Nghiên cứu phát triển CNC về KTCN–Đại học Thái Nguyên Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC thiết kế chế tạo mẫu đúc có độ chính xác cao phục vụ đúc các mặt hàng xuất khẩu [14] Nghiên cứu xây dựng phương pháp thiết kế công nghệ gia công chi tiết cơ khí theo hướng linh hoạt hóa sản xuất - Ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM

[13] Các công trình nghiên cứu trên đã phần nào nói lên được các thế mạnh của phần mềm CAD/CAM Tuy nhiên các công trình trên chưa tập trung vào vấn đề nghiên cứu khuôn mẫu cho các sản phẩm nhựa Công nghệ chất dẻo, khuôn ép nhựa, công nghệ phun ép Chưa đưa ra được quy trình sản xuất khuôn mẫu hợp lý nhất để sản xuất ra một bộ khuôn có độ chính xác, độ bóng cao trong thời gian ngăn nhất có thể

Bên cạnh đó cùng với nhu cầu con người ngày càng cao trong lĩnh vưc sản phẩm nhựa không những về kiều dáng mà còn

về chất lượng cũng như giá thành Chính vì vậy, các công ty khuôn mẫu trên toàn thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng không ngừng phải chế tạo ra nhiều loại khuôn khác nhau để tạo ra

đa dạng sản phẩm nhựa thõa mãn nhu cầu con người Với số lượng khuôn lớn và thời gian sản xuất khuôn ngắn ta không thể chế tạo các loại khuôn theo phương pháp truyền thống cổ điển được

Để thiết kế chế tạo khuôn mẫu có kiểu dáng phong phú phức tạp, đạt được độ chính xác, độ nhắn bóng bề mặt cao, giảm được giá thành và thời gian là yêu cầu cấp thiết hiện nay của các công ty khuôn mẫu ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung

Để giải quyết các vấn đề cấp thiết đó Việc nghiên cứu ứng dụng các phần mềm CAD/CAM/CAE là rất cần thiết Do vậy tác giả đã

quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu” làm đề tài luận

văn tốt nghiệp Trong đề tài này tác giả sẽ kế thừa các nghiên cứu trước đó để đưa ra được quy trình sản xuất khuôn hợp lý nhất

Nghiên cứu kỹ về máy ép phun, vật liệu ép phun và khuôn ép phun Tiến hành thiết kế, chế tạo và lập trình gia công hoàn chỉnh lòng khuôn, lõi khuôn trên phần mềm Pro/Engineer

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về thiết kế, sản xuất gia công khuôn mẫu

- Đưa ra được kiến thức cơ bản về hệ thống CAD/CAM

- Nghiên cứu công nghệ chất dẻo, khuôn ép nhựa, công nghệ ép phun

- Biết cách lập quy trình công nghệ gia công khuôn sản phẩm trên máy CNC

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Pro/Engineer trong thiết

kế sản phẩm, thiết kế khuôn, mô phỏng gia công khuôn, lập trình, tạo lập chương trình NC cho các máy phay CNC và các trung tâm gia công đối với một số bề mặt định hình phức tạp trong khuôn mẫu của sản phẩm nhựa

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

3.1 Ý nghĩa khoa học.

- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM trong thiết

kế chế tạo khuôn mẫu chính xác đã góp thêm kiến thức về thiết

kế chế tạo các loại khuôn nhựa Nâng cao khả năng ứng dụng các phần mềm CAD/CAM và thiết kế chế tạo khuôn của các sản phẩm và trong các lĩnh vực khác

3.2 Ý nghĩa thực tiễn.

- Đáp ứng nhu cầu hiểu biết công nghệ CAD/CAM mà một

xã hội đang phát triển cần có

- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM trong thiết

kế chế tạo khuôn mẫu chính xác thành công sẽ áp dụng rộng rãi trong các công ty khuôn mẫu và các công ty sản xuất mặt hàng nhựa Góp phần mở rộng việc sử dụng phần mềm Pro/Engineer trong các doanh nghiệp hơn nữa ở Việt Nam

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIÊM CỦA NỀN CÔNG NGHIỆP CHẾ TẠO KHUÔN MẪU VÀ VẬT LIỆU NHỰA ÉP PHUN 1.1 Đặc điểm của nền công nghiệp chế tạo khuôn mẫu.

Trình bày đặc điểm về quy trình công nghệ chế tạo khuôn theo phương pháp truyền thống và phương pháp làm khuôn theo phương pháp CAD/CAD-CNC Trình bày dõ ưu nhược điểm của từng phương pháp Trong đó nhấn mạnh nhiều ưu điểm của phương pháp CAD/CAD-CNC mà phương pháp truyền thống không thể thực hiện được như:

- Tạo ra bộ khuôn cho chi tiết phức tạp

- Khuôn có độ chính xác cao

- Thời gian thiết kế và chế tạo ngắn

Phần này mang tính so sánh và chỉ ra phương pháp chế tạo khuôn theo phương pháp CAD/CAM-CNC là phương pháp tiên tiến, cần phải nghiên cứu áp dụng

1.2 Vật liệu nhựa ép phun.

+ Giới thiệu một cánh tổng quan về vật liệu chế tạo các sản phẩm nhựa ép phun

+ Các cánh phân loại và đặc điểm chính của từng loại nhựa

ép phun như:

- Nhựa thông dụng: PE, PP, PVC, PS, ABS, HIPS …

- Nhựa kỹ thuật: PA, PC, POM, Teflon…

+ Công nghệ điển hình trong gia công nhựa đó là công nghệ

ép phun, công nghệ đùn thổi, công nghệ đảy liên tục, công nghệ chế biến cau su nhựa

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

CAD/CAM/CNC 2.1 Giới thiệu chung tình hình trong nước và quốc tế.

Sơ lược qua trình ra đời và ứng dụng trong sản xuất của các phần mềm CAD/CAM qua các thời kỳ

Quá trình chế tạo sản phẩm nói chung có thể khái quát qua sơ

đồ (hình 2.1)

Quá trình thiết kế trước đây rất dài vì thiếu công cụ thiết kế Quá trình chế tạo sản phẩm gặp khó khăn vì thiết bị không đáp ứng được có những công đoạn phải làm thủ công nên rất mất thời

gian Quá trình Maketting thường diễn ra chậm Như vậy quá trình chế tạo sản phẩm từ khi có ý tưởng đến khi đưa ra được sản phẩm đến với tay người tiêu dùng là một chặng đường dài Chính

lẽ đó nó không đáp ứng được yêu cầu thị trường

Để việc ứng dụng CAD/CAM/CNC đạt được kết quả tốt thì việc hoạch định quy trình cộng nghệ có sự trơ giúp của máy tính CAPP (Computer Aided Process Planning) đóng một vai trò quan trọng bởi nó là cầu nối giữa thiết kế và chế tạo, là một liên kết trong một hoạt động tổ hợp của hệ thống chế tạo Hơn nữa việc hoạch định còn có ý nghĩa sau

2.2 Giới thiệu về CAD/CAM/CNC

Xu hướng hiện nay việc hoạch định quy trỡnh cụng nghệ thường được định hướng linh hoạt húa Dõy truyền gia cụng chi tiết cơ khớ cú thể thực hiện một trong cỏc phương ỏn sau:

+ Phương ỏn 1: Dựng mỏy vạn năng kết hợp với gỏ lắp, điều chỉnh theo nhúm chi tiết

+ Phương ỏn 2: Dựng mỏy chuyờn dựng đơn giản cú khả năng điều chỉnh theo chi tiết gia cụng

ý t ởng về sản phẩm

hoặc sản phẩm mẫu để nghiên cứu thiết kế sản phẩm

Hiệu chỉnh thiết kế

hoặc đổi mới thiết kế

Kiểm tra đánh giá

chất l ợng

Chế tạo thử

Quá trình thiết kế

Hoạch định quy trình

công nghệ

Chuẩn bị máy móc thiết bị, dụng cụ , vật t

Chế tạo chi tiết

Đóng gói, dán nhãn Kiểm tra chất l ợng

sản phẩm

Lắp ráp sản phẩm

Quá trình Chế tạo

Tổ chức mạng l ới

tiêu thụ

Tổ chức dịch vụ, sửa chữa, bảo hành

Thu thập thông tin

về sản phẩm Quá trình Maketting

Đ ờng đi của quá trình Đ ờng đi của quá trình

+ Phương án 3: Dùng các máy hay trung tâm gia công CNC theo giải pháp tập trung nguyên công, tự động hóa việc điều khiển theo hướng linh hoạt hóa và tự động hóa

2.2.1 Các thuật ngữ: CIM; CAD; CAM; CAE…

2.2.2 Tích hợp CAD và CAM

- Các mức tiếp cận của kỹ thuật CAD/CAM/CNC

- Nguyên lý CAD/CAM – CNC

- Giao diện của CAD/CAM

2.2.3 Các phương án triển khai kết nối liên thông CAD-NC Ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM:

2.2.4 CAD/CAM thông minh

2.3 Kết luận

Vậy kết luận rằng công nghệ CAD/CAM- CNC là một bước nhảy vọt trong nghành công nghệ cơ khí , nó làm thay đổi tính chất của nền sản xuất cơ khí khi nó có bổ trợ của công nghệ thông tin và điện tử Rõ ràng khi có sự hộ trợ này thì tính tự động hóa trong thiết kế và gia công được nâng lên rất nhiều, giúp tăng hiệu quả kinh tế và giảm thiểu được sức lao động Để nắm bắt tốt được CAD/CAM –CNC thì ngoài những kiến thức rất tốt về công nghệ còn phải khai thác sau về phần mềm thiết kế và gia công Với tốc độ phát triển nhanh chóng của nghành công nghiệp

cơ khí hiện nay đòi hỏi người làm công nghệ không chỉ nắm vững được kiến thức cơ bản mà phải thường xuyên cập nhật kiến thức mới Chinh vì vậy việc nắm bắt công

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUÔN

MẪU ÉP PHUN NHỰA.

3.1 Các vấn đề quan tâm khi thiết kế khuôn.

Khi thiết kế khuôn mẫu nhưng vấn đề mà ta phải quan tâm là:

- Các tính chất của nhựa làm sản phẩm

- Số lượng sản phẩm cần sản suất là bao nhiêu để ta tính toán được tuổi bền của khuôn

- Chu kỳ ép phun mất bao nhiêu thời gian

- Sản phẩm được làm vào viêc gì

- Dung sai lắp ghép của sản phẩm nếu có

- Độ co rút của nhựa

- Góc thoát khuôn bao nhiêu thì phù hợp

- Loại kênh dẫn nào thì phù hợp Kênh dẫn nóng hay kênh dẫn nguội hay cả hai

- Vị trí miệng phun, dòng chảy, đường hàn

- Kích thước và kiểu miệng phun

- Các thông số của máy ép phun

- Thời gian hoàn tất

- Giá thành

3.2 Máy ép phun.

3.2.1 Cấu tạo chung

3.2.2 Chu kỳ ép phun

3.2.3 Các thông số cơ bản của máy ép phun

3.3 Chọn loại khuôn cho thiết kế.

3.3.1 Khuụn hai tấm

3.3.2 Khuụn ba tấm.

3.4 Thiết kế lũng khuụn.

Ta có thể cân nhắc để chọn số lòng khuôn phù hợp nhờ các thông tin sau:

+ Kích cỡ của máy ép phun (năng suất phun lớn nhất

và lực kẹp lớn nhất)

+ Thời gian giao hàng

+ Yêu cầu về chất l ợng sản phẩm.−ợng sản phẩm

+ Kết cấu và kích th ớc khuôn.−ợng sản phẩm

+ Giá thành khuôn

Số lòng khuôn thông th ờng đ ợc thiết kế theo dãy số:−ợng sản phẩm −ợng sản phẩm

2, 4, 6, 8, 12, 24, 32, 48, 64, 96, 128 vì các lòng khuôn sẽ

dễ dàng đ ợc xếp theo−ợng sản phẩm hình chữ nhật hoặc hình tròn

Thông th ờng ta có thể tính số lòng khuôn cần thiết trên−ợng sản phẩm khuôn bằng cách dựa vào: số l ợng sản phẩm, năng suất phun và−ợng sản phẩm năng suất làm dẻo của máy ép phun, lực kẹp khuôn của máy

3.5 Thiết kế hệ thống dẫn nhựa.

Hệ thống dẫn nhựa làm nhiệm vụ đ a nhựa từ vòi phun−ợng sản phẩm của máy ép phun vào trong lòng khuôn Hệ thống dẫn nhựa gồm

có : Cuống phun, kênh dẫn nhựa, miệng phun Thông thờng trong thiết kế ta thiết kế kênh dẫn và miệng phun trớc rồi mói thiết kế cuống phun vì kích thớc cuống phun phụ thuộc vào kính thớc kênh dẫn và miệng phun

3.6 Hệ thống dẫn hướng.

3.7 Hệ thống làm nguội khuụn.

3.8 Hệ thống đẩy.

3.9 Hệ thống hồi

Kết luận

CHƯƠNG 4: NGHIấN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PRO/ENGINEER WILDFINE VÀO THIẾT KẾ CHẾ TẠO

KHUễN MẪU.

4.1 Giới thiệu về phần mềm Pro/Engineer Wildfire.

4.2 Vật liệu chế tạo khuụn.

Thõn khuụn: Cú thể mua thờm khuụn như một bộ tiờu chuẩn

đó cú sự chọn lựa vật liệu Thộp cac bon loại trung bỡnh (CW45W); thộp húa tốt (35CrMo2), thộp C55 (S55C)

Cỏc miếng ghộp và tấm khuụn cho lũng khuụn và lừi: Dựng thộp húa tốt nếu khụng phải tụi: 35CrMo2; 40CrMnMo7; 40NiCrMoV4; 40Cr13 Chốt và bạc dẫn hướng: cú thể làm bằng đồng hoặc đồng thau hoặc thộp đó tụi

4.3 Quy trình thiết kế khuôn.

Để thiết kế khuôn nhựa ta cần các thông tin sau đây:

+ Bản vẽ chi tiết sản phẩm

+ Loại máy đợc sử dụng

Yêu cầu

khách

hàng

Thiết kế chi tiết

Phân tích, kiểm tra chi tiết thiết kế

Thiết kế khuôn

Phân tích, kiểm tra khuôn

Gia công khuôn Lắp ráp

khuôn Thử khuôn

Xuất

x ởng

Thiết kế khuôn theo trình tự sau:

Hình

4.4 Phân tích và thiết kế sản phẩm.

Hình 4.2- Chi tiết đế đốn v v à v ị trớ

lắp ghộp của chi tiết.

Chi tiết “đế đốn”của đèn trang trớ đợc chế tạo bằng nhựa ABS Nhựa ABS có nhiệt độ nóng chảy (250-280) 0C Độ co ngót

từ 0,40,7% ở đây ta chọn độ co ngót là 0,5 %

Khi sản xuất sản phẩm bằng nhựa ABS thì nhiệt độ khuôn khoảng 40oC700C, nhiệt độ gia công khoảng 200oC2800Cvà áp lực phun khoảng 800014000N/cm2

4.5 Phõn tớch chi tiết trờn phần mềm Moldflow.

Trước khi tiến hành thiết kế khuôn cho sản phẩm ta tiến hành

mô phỏng khả năng điền đầy cho chi tiết để tìm ra vị trí đặt cổng rót phù hợp nhất và những thông tin về nhiệt độ chi tiết, áp lực phun, thời gian điền đầy

4.6 ThiÕt kÕ lßng khu«n vµ lâi khu«n.

Ứng dụng mô đun Munufacturing - Mold Cavity để thiết kế lòng khuôn, lõi khuôn của sản phẩm:

khu«n.

Ứng dụng mô đun Assembly- Design để lắp ráp các chi tiết bộ phận của khuôn thành một bộ khuôn

4.8 Tính toán lực kẹp

tính gần đúng theo công thức

P = P0.K.S (N)

Theo phân tích dòng chảy cho khuôn ta biết đợc áp suất lớn nhất tác dụng lên khuôn là 11,8 (Mpa) = 11,8.103 N/cm2

Với diện tích ép của sản phẩm là 168.100 = 16800 (mm2) = 168 (cm2)

Chọn hệ số K=1,2

Ta có lực kẹp của khuôn:

P=11,8.103.1,2.168=2378880(N)=2,379 tấn

4.9 Quy trình công nghệ chế tạo lòng khuôn và lõi khuôn 4.9.1 Một số lu ý trớc khi thiết lập quy trình công nghệ.

Ở đõy ta chọn chi tiết gia cụng là lũng khuụn và lừi khuụn của

bộ khuụn

Vật liệu và yờu cầu: vật liệu sử dụng thộp C55 để dễ chế tạo

và giảm chi phớ tiền phụi

Yờu cầu gia cụng đạt độ chớnh xỏc cao cỏc lỗ dẫn hướng của

hệ thống đẩy và hệ thống dẫn hướng Cỏc lỗ dẫn hướng được chế tạo cấp chớnh xỏc 5- 6, độ nhỏmRz  6,3  m Bề mặt khuụn được phay với cấp chớnh xỏc 9, độ nhỏm Rz  25  m

4.9.2 Trang thiết bị được sử dụng khi gia cụng.

a Máy công cụ

- Máy mài phẳng 372B

- Máy phay ngang MR-2

- Máy phay đứng 6H12

+ Chọn máy phay CNC DMU 50 DECKEL MAHO

b Dụng cụ cầm tay các loại

c Dụng cụ đo

4.9.3 Lập quy trình công nghệ gia công.

a Quy trình công nghệ gia công lòng khuôn.

+ Chọn phôi gia công

+ Ta chọn phôi dạng tấm có kích thớc phôi là 264 x 234 x 64, vật liệu là thép các bon C55 (S55C)

+ Quy trình công nghệ:

Nguyên công 1: Phay hai mặt phẳng trên dới

Nguyên công 2: Phay các mặt bên

Nguyên công 3: Mài 2 mặt trên, dới

Nguyên công 4: Phay lòng khuôn trên máy phay CNC

Nguyên công 5: Khoan các lỗ bắt vít bu lông

Nguyên công 6: Lấy dấu và khoan các đờng nớc

Nguyên công 7: Tazo ren các lỗ M12 và các lỗ cút nối đờng nớc Nguyên công 8: Gia công nguội lần cuối, ra và lắp khuôn

b Quy trình công nghệ gia công lõi khuôn.

+ Chọn phôi gia công

Ta chọn phôi dạng tấm có kích thớc phôi là 264 x 234 x 74, vật liệu là thép các bon C55 (S55C)

+ Quy trình công nghệ:

Nguyên công 1: Phay hai mặt phẳng trên dới