Ứng dụng các phần mềm CADCAMCAE để thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa và phương pháp taguchi để xác định chế độ công nghệ tối ưu

Các phương pháp truyền thống cần đặt các chế độ công nghệ trước khi ép phun nhưng không xét đến ảnh hưởng của các yếu tố không điều khiển được nhiễu, do vậy làm giảm chất lượng sản phẩm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Văn Tình

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7

PHẦN MỞ ĐẦU 9

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM CAD/CAM/CAE 11

1.1 Lịch sử phát triển 11

1.2 Công nghệ CAD 12

1.3 Công nghệ CAM 13

1.4 Công nghệ CAE 14

1.5 Mối liên hệ giữa CAD/CAM/CAE 15

1.6 Vai trò của CAD/CAM/CAE 17

1.7 Kết luận 18

Chương 2 THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM NHỰA 19

2.1 Giới thiệu và phân tích sản phẩm 19

2.1.1 Giới thiệu sản phẩm 19

2.1.2 Phân tích sản phẩm 19

2.1.3 Bản vẽ sản phẩm 19

2.2 Ứng dụng phần mềm Moldflow trong đánh giá chất lượng sản phẩm 21

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Moldflow 21

2.2.2 Quá trình phân tích trong phần mềm Moldflow 21

2.3 Thiết kế khuôn trên phần mềm Cimatron E10 28

2.4 Kết luận 33

Chương 3 THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÕI KHUÔN 34

3.1 Chọn máy ép phun 34

3.2 Xác định dạng sản xuất 34

3.3 Xác định phương pháp chế tạo phôi 35

3.4 Tiến trình công nghệ gia công lõi khuôn 35

3.4.1 Tiến trình công nghệ gia công lõi khuôn động 35

3.4.2 Tiến trình công nghệ gia công lõi khuôn tĩnh 35

3.5 Mô phỏng gia công lòng khuôn trên phần mềm Cimatron E10 36

3.6 Kết luận 42

Chương 4 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI 43

4.1 Thiết kế thí nghiê ̣m – Cách tiếp cận theo phương pháp truyền thống và phương pháp Taguchi 43

4.1.1 Phương pha ́ p truyền thống 43

4.1.2 Phương pha ́ p Taguchi 44

4.2 Đặc điểm phương pháp Taguchi 45

4.2.1 Thiết kế thí nghiê ̣m 45

4.2.2 Phân ti ́ch kết quả 45

4.2.3 Phạm vi ứng dụng 46

4.2.4 Các ưu, nhược điểm của phương pháp Taguchi 46

4.3 Các khái niệm cơ bản 47

4.3.1 Bảng trực giao 47

4.3.2 Tỷ số S/N 50

4.3.3 Phân tích phương sai ANOVA 53

4.4 Các bước áp dụng phương pháp Taguchi 58

4.5 Kết luận 59

Chương 5 XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ TỐI ƯU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI ……….60

5.1 Xác định các yếu tố tác động, tiêu chí đánh giá chất lượng 60

5.2 Xác định các yếu tố nhiễu 60

5.3 Yếu tố cẩn tối ưu hóa và yếu tố điều khiển 60

5.4 Lựa chọn bảng trực giao, thiết kế ma trận thí nghiệm 61

5.5 Phân tích dữ liệu: Xác định chế độ công nghệ tối ưu 62

5.6 Kết luận 67

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1 Bảng trực giao 3

4 (2 )

OA 48

Bảng 4.2 Bảng trực giao 7 8 (2 ) OA 48

Bảng 5.1 Yếu tố điều khiển 60

Bảng 5.2 Bảng trực giao 61

Bảng 5.3.Tính toán dữ liệu 62

Bảng 5.4 Kết quả S/N 63

Bảng 5.5 Kết quả độ ngót lớn nhất 64

Bảng 5.6 Bảng phân tích ANOVA với S/N 65

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ quan hệ các khối chức năng hệ thống CAD/CAM/CAE/CNC 15

Hình 2.1 Mô hình chi tiết 20

Hình 2.2 Bản vẽ chi tiết 20

Hình 2.3 Biểu đồ chia lưới 22

Hình 2.4 Biểu đồ phân tích vị trí đặt cuống phun 22

Hình 2.5 Xác định vị trí cuống phun 23

Hình 2.6 Chế độ ép phun 23

Hình 2.7 Biểu đồ phân tích hướng dòng chảy 24

Hình 2.8 Biểu đồ thời gian điền đầy lòng khuôn 24

Hình 2.9 Biểu đồ phân bố nhiệt độ ép phun 25

Hình 2.10 Biểu đồ biến đổi lực giữ khuôn 25

Hình 2.11 Biểu đồ phân tích độ co ngót sản phẩm 26

Hình 2.12 Biểu đồ rỗ khí sản phẩm 27

Hình 2.13 Biểu đồ phân tích đường hàn 27

Hình 2.14 Mặt phân khuôn 28

Hình 2.15 Lõi khuôn tĩnh 29

Hình 2.16 Lõi khuôn động 29

Hình 2.17 Hệ thống định vị và dẫn hướng 30

Hình 2.18 Hệ thống làm mát 31

Hình 2.19 Hệ thống đẩy sản phẩm 31

Hình 2.20 Chốt hồi 32

Hình 2.21 Hệ thống cấp nhựa 32

Hình 2.22 Bộ khuôn hoàn chỉnh 33

Hình 3.1 Máy ép phun nhựa 34

Hình 3.2 Đường chạy dao gia công lòng khuôn động 36

Hình 3.3 Mô phỏng gia công lòng khuôn động 38

Hình 3.4 Đường chạy dao gia công lòng khuôn tĩnh 39

Hình 3.5 Mô phỏng gia công lòng khuôn tĩnh 41

Hình 5.1 Đồ thị tác động của Áp suất 65

Hình 5.2 Đồ thị tác động của Nhiệt độ 66

Hình 5.3 Đồ thị tác động của Thời gian làm mát 66

ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng, chủng loại phục vụ cho đời sống của con người Trong quá trình ép phun các sản phẩm nhựa, tối ưu hóa các thông số công nghệ giúp tăng hiệu suất sử dụng thiết bị đối với các cơ sở sản xuất Các phương pháp truyền thống cần đặt các chế độ công nghệ trước khi ép phun nhưng không xét đến ảnh hưởng của các yếu tố không điều khiển được (nhiễu), do vậy làm giảm chất lượng sản phẩm và hiệu suất sử dụng thiết bị Để tăng chất lượng sản phẩm, cần đặt các chế độ công nghệ ép phun có xét đến ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu, và phương pháp Taguchi là phương pháp hiệu quả nhất để giải quyết vấn đề này

Phương pháp Taguchi là phương pháp tối ưu hóa quá trình gián đoạn, được đưa ra đầu tiên bởi giáo sư Genichi Taguchi Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi và rất thành công tại Nhật Bản, tuy nhiên tại Việt Nam chưa ứng dụng nhiều

Nắm bắt được tình hình đó thầy hướng dẫn đã định hướng và giao nhiệm vụ cho

nghiên cứu đề tài:“Ứng dụng các phần mềm CAD/CAM/CAE để thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa và phương pháp Taguchi để xác định chế độ công nghệ tối ưu”

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE để thiết kế khuôn ép phun một sản phẩm nhựa hoàn chỉnh Sau đó sử dụng phương pháp Taguchi để đánh giá phần trăm ảnh hưởng của các thông số đầu vào: Áp suất, nhiệt độ, thời gian làm mát tới độ co ngót của sản phẩm và tối ưu hóa các thông số này

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Tổng quan về các phần mềm CAD/CAM/CAE: Giới thiệu về lịch sử hình thành, quá trình phát triển của các phần mềm CAD/CAM/CAE trên thế giới và mối liên hệ giữa chúng

- Thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa: Thiết kế mô hình 3D của chi tiết, mô phỏng quá trình ép phun trên phần mềm Moldflow 2012, thiết kế khuôn ép phun sản phẩm nhựa trên phần mềm Cimatron E10, từ đó đưa ra các bản vẽ CAD 2D để chế tạo

- Thiết kế công nghệ gia công hai lõi khuôn: Lập tiến trình gia công hai lõi khuôn, mô phỏng quá trình gia công trên phần mềm Cimatron E10, xuất ra file dữ liệu cho máy CNC

- Giới thiệu phương pháp Taguchi: Giới thiệu lịch sử phương pháp, khả năng áp dụng, các khái niệm cơ bản, các bước áp dụng phương pháp Taguchi

- Xác định chế độ công nghệ tối ưu bằng phương pháp Taguchi: Ứng dụng phương pháp Taguchi để đánh giá phần trăm ảnh hưởng của áp suất, nhiệt độ, thời gian làm mát để độ co ngót của sản phẩm, xác định chế độ công nghệ tối ưu của quá trình ép phun mặt trước xe máy

4 Phương pháp nghiên cứu

Thông qua quá trình mô hình hóa, mô phỏng trên máy tính, tác giả đưa ra các bản vẽ thiết kế, quy trình công nghệ gia công hai lõi khuôn, kết xuất ra file dữ liệu mã G-code cho máy công cụ điều khiển số (CNC) Tác giả kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm Thông qua nghiên cứu các tài liệu liên quan nhằm hiểu rõ phương pháp và cách vận dụng để đưa ra các bước áp dụng phương pháp Taguchi

Xin chân thành cảm ơn GS.TS Trần Văn Địch người đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn Xin cảm ơn Viện đào tào Sau đại học, các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy – Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành đề tài này

Tác giả rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp để hoàn thiện hơn cho các công trình nghiên cứu sau này

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM CAD/CAM/CAE

1.1 Lịch sử phát triển

Ngày nay máy tính được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Nhờ sự phát triển của công nghệ máy tính, các nhà sản xuất muốn tự động quá trình thiết kế và muốn sử dụng cơ sở dữ liệu này cho quá trình tự động sản xuất Đây là ý tưởng cho các ngành khoa học CAD/CAM ra đời CAD/CAM được hiểu là sử dụng máy tính trong quá trình thiết kế và sản xuất hay theo thuật ngữ tiếng anh là máy tính trợ giúp thiết kế và sản xuất Từ sự ra đời của CAD/CAM, các lĩnh vực khác cũng đã phát triển theo như:

Đồ hoạ máy tính: CG

Công nghệ trợ giúp bằng máy tính: CAE

Chuẩn bị công nghệ có trợ giúp máy tính: CAPP

Tất cả những lĩnh vực sinh ra đó đều liên quan đến những nét đặc trưng của quan niệm về CAD/CAM CAD/CAM là một lĩnh vực rộng lớn, là trái tim của nền sản xuất tích hợp và tự động hoá

Lịch sử phát triển của CAD/CAM gắn liền với sự phát triển của công nghệ máy tính và kĩ thuật đồ hoạ tương tác (ICG) Cuối 1950 đầu 1960, CAD/CAM có những bước phát triển đáng kể, khởi đầu có thể nói là tại Massachusetts Institute of Technology(MIT) Mĩ với ngôn ngữ lập trình cho máy tính APT (Automatically Progammed Tools) Mục đích của APT là để lập trình cho máy điều khiển số, nó được coi như là một bước đột phá cho tự động hoá quá trình sản xuất

Những năm 1960 – 1970, CAD tiếp tục phát triển mạnh, hệ thống tunrkey CAD được thương mại hoá, đây là một hệ thống hoàn chỉnh gồm phần cứng, phần mềm, bảo trì và đào tạo, hệ thống này được thiết kế chạy trên mainframe và minicomputer hạn chế nên các hệ CAD/CAM thời kì này kém hiệu quả, giá thành cao và chỉ được sử dụng trong một số rất ít lĩnh vực

Năm 1983, máy tính IBM-PC ra đời, đây là thế hệ máy tính lí tưởng về khả năng

xử lí thông tin, đồ hoạ, bộ nhớ cho CAD/CAM Điều này tạo điều kiện cho các hệ CAD/CAM phát triển rất nhanh chóng

Cuối những năm 1990 là thời kì CAD/CAM đạt đến những thành tựu đáng kể, rất nhiều phần mềm đồ sộ được tung ra thị trường và ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và sản xuất của nhiều ngành công nghiệp

Hiện nay, các phần mềm CAD/CAM nổi tiếng có mặt trên thị trường như: Cimatron – Iaren, Delcam- Anh, Pro-Engineer- Mỹ, Uni-Graphichs-Mỹ, SURFCAM-Mỹ…

Phần mềm CAE xuất hiện sau CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lượng của sản phẩm rất cao Việc phân tích mô hình sau thiết kế được thực hiện nhờ CAE CAE đã làm cho công việc phân tích trở nên đơn giản hơn nhiều so với toán học thông thường và cho kết quả đáng tin cậy trong một thời gian nhanh chóng, nhờ vào kết quả

đó mà người thiết kế sẽ hiệu chỉnh lại thiết kế cho phù hợp Tuỳ theo tính năng và yêu cầu của chi tiết mà sự phân tích có thể là những quá trình sau:

Phân tích nhiệt, áp suất, ứng suất, biến dạng, cong vênh, khả năng điền đầy khuôn, quá trình đông đặc

1.2 Công nghệ CAD

CAD là từ viết tắt của Computer Aided Design Hiểu một cách chung nhất tức là sử dụng máy tính trong quá trình thiết kế và lập bản vẽ Theo phương pháp truyền thống thì các bản vẽ kỹ thuật thì được vẽ bằng tay Công việc này đòi hỏi rất nhiều công sức

và thời gian đặc biệt là những chi tiết phức tạp Vì vậy, ngày nay CAD được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực mà không chỉ riêng trong lĩnh vực cơ khí sản xuất mà còn trong cả xây dựng, kiến trúc, mỹ thuật, thương mại, y học…

CAD chủ yếu được sử dụng trong thiết kế và phát triển sản phẩm, để thể hiện

mô hình 3D và bản vẽ 2D Với khái niệm về CAD hiện đại thì một gói phần mềm CAD phải gồm 3 module chính sau:

 Design (2D/3D modeling, assemblies of part)

 Analysis: Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn FEM để tối ưu hóa và giải các bài toán kỹ thuật như xử lý nhiệt, biến dạng, và phân tích tải trọng, ứng suất, biến dạng, thể tích

 Visualization: Render/Shade mô hình, Animation

* Ưu điểm của CAD:

- Tạo và sửa lỗi dễ dàng hơn

- Trực quan hơn vì cho phép ta quan sát mô hình ở góc nhìn 3D với rất nhiều cách quan sát khác nhau

- Lưu và tái sử dụng các bản vẽ dễ dàng hơn bằng đĩa cứng hay CD

- Tăng độ chính xác Do vẽ bằng máy tính nên chắc chắn bản vẽ xuất ra sẽ chính xác hơn làm bằng tay rất nhiều

- Lưu trữ thành cơ sở dữ liệu để dễ dàng quản lý hơn Đồng thời chuyển file mô hình

dễ dàng hơn Giảm thiểu thời gian trao đổi, thảo luận giữa các kỹ sư ở các khu vực địa

lý khác nhau Gửi nhận qua email chỉ mất vài giây

- Việc phân tích, mô phỏng và kiểm tra mô hình 3D dễ dàng

* Nhược điểm của CAD

- Thời gian và chi phí cho việc triển khai một hệ CAD khá lớn

- Thời gian và chi phí cho việc đào tạo người dùng CAD lớn Tuy nhiên hiện nay nhờ nguồn tài liệu phong phú trên mạng Internet và các diễn đàn thảo luận mở nên cũng

có phần dễ dàng hơn trước đây

- Chi phí bảo dưỡng cho phần mềm CAD

- Thời gian và chi phí cho việc chuyển các bản vẽ cũ vẽ bằng tay sang CAD cũng không nhỏ

1.3 Công nghệ CAM

CAM là từ viết tắt của Computer Aided Manufacturing Hiểu một cách chung nhất tức

là chế tạo (sản xuất) có sự trợ giúp của máy tính, giúp rút ngắn thời gian chuẩn bị sản xuất

Mục tiêu của lĩnh vực CAM là mô phỏng quá trình chế tạo, tạo dữ liệu đầu vào cho các máy công cụ điều khiển số (chương trình gia công cho máy điều khiển số)

+ Mô phỏng, kiểm tra

+ Kết xuất chương trình NC cho máy công cụ điều khiển số

Ngày nay, công nghệ CAD/CAM được tích hợp trong hầu hết các phần mềm Nói về thị trường CAD/CAM, thống trị vẫn là ba nhà sản xuất là Dassault - Catia, PTC – Pro/E, Siemens – Unigraphics Nhưng thị phần của ba hãng này đang bị cạnh tranh quyết liệt bởi các hãng sản xuất phần mềm mới như: SolidWorks (một nhánh của Dassault), TopSolid, Cimatron, Space-E của NTT DATA Engineering System (Japan), Iron CAD và một đàn em sinh sau đẻ muộn nhưng khá nổi hiện nay là Space Claim

1.4 Công nghệ CAE

CAE là viết tắt của Computer Aided Engineering Hiểu một cách chung nhất tức là tìm giải pháp kỹ thuật, công nghệ trong thiết kế dưới sự hỗ trợ của máy tính Mục tiêu của lĩnh vực CAE là phân tích nhiệt, ứng suất, áp suất, biến dạng, cong vênh, khả năng điền đầy khuôn, quá trình đông đặc… để hỗ trợ cho CAD Phương pháp này chia tự động chi tiết thành nhiều phần nhỏ hình tam giác hay chữ nhật nối tiếp nhau rồi phân tích từng phần nhỏ đó Kết quả của quá trình phân tích có thể là một bản báo cáo (report), một bức tranh điền đầy hay một mô hình chi tiết đã bị cong hay biến dạng được đặt trùng với mô hình lí thuyết, từ đó người thiết kế sẽ nhìn thấy những vị trí biến dạng cực đại và điều chỉnh thiết kế Nếu như CAD là bản thiết kế thuận thì CAE

là một mạch phản hồi, đây chính là phương thức hoạt động của tính năng này Ngoài

ra CAE còn giúp tìm chế độ công nghệ để sản xuất ra đối tượng đã thiết kế Phần mềm CAE xuất hiện sau các phầm mềm CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lượng

sản phẩm rất cao Moldflow (Australia) và Modex(Taiwan) là hai phần mềm điển hình

1.5 Mối liên hệ giữa CAD/CAM/CAE

Hình 1.1 Sơ đồ quan hệ các khối chức năng hệ thống CAD/CAM/CAE/CNC

Chu kỳ sản phẩm bắt đầu từ nhu cầu sản phẩm được xác định trên cơ sở yêu cầu của khách hàng và thị trường Chu kỳ sản phẩm được thực hiện qua hai quá trình chính

từ sự khởi đầu cho đến sản phẩm hoàn thiện: quá trình thiết kế và quá trình sản xuất, chế tạo Quá trình thiết kế lại bao gồm hai quá trình con là tổ hợp và phân tích Triết

lý, chức năng, tính duy nhất của sản phẩm được xác định trong quá trình tổ hợp Trong

Ý tưởng sản phẩm, tính toán…

- Mô hình hình học, đối tượng thiết kế

- Thiết kế dụng cụ, khuôn mẫu và các trang bị kèm theo

CAD

Phân tích, thẩm định thiết kế của đối tượng thiết kế, dụng

cụ, khuôn

Chương trình gia công:

-Thông số tạo hình

-Thông số công nghệ

Chế tạo, lắp ráp, kiểm tra

+

_

CAM

CNC CAE

quá trình này, thiết kế được thực hiện ở dạng các phác thảo và bản vẽ mô tả quan hệ giữa các chi tiết của sản phẩm Các bản vẽ và phác thảo này có thể được tạo ra bằng các hệ thống CAD/CAM hoặc vẽ bằng tay Chúng được thực hiện thông qua các trao đổi thảo luận giữa các thành viên trong nhóm thiết kế Quá trình phân tích bắt đầu với việc cố gắng đặt thiết kế ý tưởng vào ngữ cảnh khoa học, kỹ thuật để đánh giá hiệu quả của sản phẩm mong đợi Quá trình này đòi hỏi phải mô hình hóa và mô phỏng cũng như thực hiện các phân tích kỹ thuật (CAE) để tìm ra giải pháp thiết kế tối ưu Phân tích kỹ thuật có thể được thực hiện bằng chính modun CAE tích hợp ngay trong hệ thống CAD/CAM hoặc bằng cách sử dụng phần mềm CAE chuyên dụng khác

Quá trình sản xuất bắt đầu bằng việc lập kế hoạch quá trình và kết thúc là sản phẩm thực Lập kế hoạch quá trình được xem là xương sống của quá trình sản xuất vì

nó cho phép xác định được trình tự hiệu quả nhất để chế tạo ra sản phẩm Kết quả đầu

ra của lập kế hoạch quá trình là quy trình sản xuất, tìm kiếm được dụng cụ, đặt đơn hàng vật liệu và lập trình gia công Chương trình gia công NC được tạo ra bằng hệ thống CAD/CAM là dữ liệu đầu vào cho các thiết bị CNC thực hiện quá trình sản xuất, kiểm tra chất lương,

Qua phân tích như trên, có thể thấy rằng CAE là một phần của quá trình CAD

và CNC là một phần của CAM CAE và CNC nằm trong tổng thể của quá trình CAD/CAM

Thông qua chu trình sản phẩm có ứng dụng công nghệ CAD/CAM ở trên ta cũng thấy được vai trò quan trọng của CAD/CAM trong nền sản xuất kinh tế thị trường hiện nay trên toàn thế giới Các lợi ích cơ bản mà CAD/CAM đem đến là:

o Nâng cao năng suất

o Nâng cao chất lượng

o Nâng cao khả năng trao đổi thông tin

o Tạo ra một CSDL dùng chung

o Giảm chi phí tạo mẫu

o Đáp ứng nhanh với yêu cầu của thị trường

1.6 Vai trò của CAD/CAM/CAE

Theo sơ đồ hình 1.1, thời gian định mức cho việc chế tạo một sản phẩm:

T = Ttk + TsxTrong đó:

Ttk: Thời gian thiết kế ;

Tsx: Thời gian sản xuất ; Năng suất lao động:

Q = 1

T ; Nhiệm vụ của người làm công nghệ là tăng năng suất lao động Q Do đó, biện pháp duy nhất: Giảm thời gian định mức chế tạo sản phẩm T, điều này dẫn đến phải giảm

Ttk và Tsx

Ttk = Ttke + Tct + Tkt ;

Tsx = Tnc + Tp ;

Do vây, các phần mềm CAD/CAM/CAE ra đời nhằm giải quyết các vấn đề này:

 Quá trình CAD nhằm mục tiêu giảm thời gian thiết kế, mô hình hóa sản phẩm Giai đoan cuối cùng của quá trình CAD là triết xuất ra thông số hình học của đối tượng thiết kế: mô hình 2D,3D (Ttk)

 Quá trình CAM giúp tạo các đường dẫn dụng cụ, mô phỏng quá trình gia công, kết xuất các chương trình gia công nhờ đó giảm thời gian chuẩn bị sản xuất, giảm thời gian phụ (Tp)

 Quá trình CAE giúp thẩm định thiết kế, tối ưu hóa thiết kế, đóng vai trò là mạch phản hồi để hoàn thiện thiết kế (Tkt)

 Ngoài ra, để giảm thời gian chế thử sản phẩm (Tct), phương pháp tạo mẫu nhanh (Rapid prototy) ra đời, còn sự ra đời của máy CNC làm giảm thời gian chế tạo sản phẩm (Tnc)

Qua phân tích ở trên ta nhận thấy: Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, theo đó là sự xuất hiện của các phần mềm CAD/CAM/CAE/CNC hiện nay chỉ phục vụ cho một mục đính duy nhất: Tăng năng suất lao động Q

1.7 Kết luận

Sau khi phân tích mối liên hệ cũng như vai trò của công nghệ CAD/CAM/CAE trong quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí, tác giả nhận thấy những đóng góp, tầm quan trọng của các phần mềm này đối với lĩnh vực sản xuất Nó giúp tiết kiệm thời gian chế tạo sản phẩm, giảm giá thành, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường Điều này có ý nghĩa to lớn trong bối cảnh nước ta đang ngày càng hội nhập sâu rộng vào nền kinh tế thế giới như hiện nay

Chương 2 THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM NHỰA

2.1 Giới thiệu và phân tích sản phẩm

Độ chính xác kích thước, độ bóng yêu cầu cao, ngoài ra bề mặt là các mặt cong 3D, do

đó gây khó khăn trong quá trình thiết kế, chế tạo

Do kết cấu sản phẩm phức tạp nên việc chế tạo bộ khuôn cho sản phẩm này phải trải qua nhiều nguyên công cũng như phải trải qua các phương pháp gia công tiên tiến như phay, khoan trên máy công cụ điều khiển số CNC

2.1.3.Bản vẽ sản phẩm

Sau khi đo, tính toán trực tiếp sản phẩm bằng thước kẹp và các dụng cụ đo khác Người thiết kế đã dựng được bản vẽ chi tiết của chi tiết mặt trước xe máy với các kích thước xác định Tuy nhiên, do chi tiết rất phức tạp gây khó khăn khi đo, hơn nữa điều kiện về dụng cụ còn hạn chế nên việc lấy số liệu có thể có sai số

Dưới đây là bản vẽ chi tiết của sản phẩm sau khi thiết kế trên phầm mềm Cimatron

Hình 2.1 Mô hình chi tiết

Hình 2.2 Bản vẽ chi tiết

A Yêu cầu kỹ thuật:

Bề mặt chi tiết mặt trước xe máy đạt độ nhám Ra 0,25

Độ co ngót trên toàn bộ sản phẩm ≤ 1%

Vật liệu: nhựa ABS

A-A A

B Phân tích:

Do chi tiết có nhiều bề mặt cong 3D phức tạp Vật liệu là nhựa ABS, chọn phương pháp chế tạo là ép phun vật liệu nhựa trong khuôn kim loại Với sự hỗ trợ của máy tính, tác giả xây dựng các bản vẽ thiết kế, chế tạo sản phẩm ứng dụng các phầm mềm hỗ trợ CAD/CAM/CAE

2.2 Ứng dụng phần mềm Moldflow trong đánh giá chất lượng sản phẩm

2.2.1.Giới thiệu phần mềm Moldflow

- Phần mềm Moldflow là phần mềm trợ giúp thiết kế (CAE) trong việc phân tích,

mô phỏng dòng chảy vật liệu, đánh giá chất lượng sản phẩm, hỗ trợ quá trình thiết kế khuôn, xác định vị trí miệng phun…

- Phần mềm cho phép nhập các mô hình chi tiết được thiết kế trong các phần mềm CAD

- Các tham số của quá trình sản xuất được phân tích chính xác thông qua tham số được lưu trữ trong phần mềm

- Với phần mềm Moldflow chúng ta có thể phân tích quá trình điền đầy, độ co ngót, phân tích nhiệt độ, phân tích áp suất, thời gian điền đầy… cho các loại khuôn đơn, khuôn nhiều lòng khuôn…

- Sau khi phân tích xong, kết quả phân tích sẽ được hiển thị dưới dạng phổ màu, cho ta biết được vị trí tốt nhất, xấu nhất của các đánh giá đầu ra của sản phẩm theo yêu cầu phân tích

- Chúng ta có thể phân tích áp lực điền đầy, nhiệt độ lòng khuôn, thời gian làm mát liên quan tới vị trí có rỗ khí, đường hàn…

- Từ các thông số phân tich thu được, ta tiến hành điều chỉnh thiết kế ở bản vẽ CAD nhằm khắc phục, nâng cao chất lượng sản phẩm

2.2.2.Quá trình phân tích trong phần mềm Moldflow

-Đưa mô hình thiết kế vào môi trường làm việc của phần mềm và thực hiện chia lưới

Hình 2.3 Biểu đồ chia lưới

+ Thông số lưới

- Chọn dạng lưới: Lưới tam giác

- Diện tích mỗi phần tử: 14 mm2

- Số phần tử lưới: 3592 phần tử

- Xác định vị trí đặt đầu vòi phun hợp lí nhất

Hình 2.4 Biểu đồ phân tích vị trí đặt cuống phun

Vị trí đặt đầu vòi phun (Gate location) hợp lí nhất là tại giữa chi tiết (phần màu xanh da trời) như hình vẽ

Đặt cuống phun:

Áp suất phun: 180 MPa ; Thời gian làm mát: 16 s

Sau khi đặt vị trí của cuống phun, đặt các chế độ công nghệ, ta tiến hành phân tích:

-Biểu đồ hướng dòng chảy

Hình 2.7 Biểu đồ phân tích hướng dòng chảy

Vị trí vòi phun được đặt tại giữa chi tiết nên hướng dòng chảy vật liệu có tính đối xứng tạo ra cân bằng áp suất, ứng suất trên toàn bộ chi tiết

- Thời gian điền đấy khuôn

Hình 2.8 Biểu đồ thời gian điền đầy lòng khuôn

Thời gian điền đầy toàn bộ sản phẩm là 3,575s Vùng được điền đầy muộn nhất là tại các cạnh của sản phẩm (phần màu đỏ trên đồ thị)

- Biểu đồ phân bố nhiệt độ:

Hình 2.9 Biểu đồ phân bố nhiệt độ ép phun

Nhiệt độ lớn nhất: 231oC là phần màu đỏ trên đồ thị

Nhiệt độ nhỏ nhất: 197oC là phần màu xanh trên đồ thị

- Lực giữ khuôn

Hình 2.10 Biểu đồ biến đổi lực giữ khuôn

Biểu đồ trên biểu hiện sự thay đổi của lực giữ khuôn theo thời gian, tại thời điểm cuối của quá trình phun 3,0s áp suất phun là lớn nhất 180Mpa, lực giữ khuôn đạt giá trị 80 tấn

- Đánh giá độ co ngót của chi tiết

Với vị trí vòi phun đƣợc xác định ở trên, ta tiến hành phân tích độ co ngót trên toàn

Hình 2.12 Biểu đồ rỗ khí sản phẩm

Nhìn vào bức tranh rỗ khí ta thấy các vết rỗ xuất hiện tại mặt sau của sản phẩm tại vị trí mép ngoài của các lỗ bắt bulong Đây là những vị trí không quan trọng, không ảnh hưởng đến chất lượng cũng như tính thẩm mỹ của sản phẩm

Hình 2.13 Biểu đồ phân tích đường hàn

Đường hàn xuất hiện khi hai dòng vật liệu gặp nhau Chỗ tiếp xúc của hai dòng vật liệu sẽ xuất hiện đường hàn

Kết luận: Theo như các phân tích ở trên, ta thấy chất lượng sản phẩm tốt, đáp ứng các

yêu cầu kĩ thuật đặt ra

2.3 Thiết kế khuôn trên phần mềm Cimatron E10

Chọn mặt phân khuôn:

Mô hình chi tiết dưới dạng 3D sử dụng phần mềm Cimatron Đối với những chi tiết mang tính nghệ thuật đòi hỏi tính thẩm mỹ cao (Chi tiết vỏ oto, xe máy…) đòi hỏi người thiết kế phải linh hoạt trong cách xây dựng bản vẽ 3D để các đường cong, mặt cong trên chi tiết đạt được tính thẩm mỹ Đối với những chi tiết có biên dạng quá phức tạp, lại đòi hỏi độ chính xác cao, người thiết kế cần tiến hành quét 3D vật mẫu để thu được dữ liệu dạng đám mây điểm, từ đó dựng lại chi tiết ban đầu, có như vậy mới đảm bảo đúng theo yêu cầu của khách hàng Chi tiết trong luận văn được mô hình lại một cách tương đối với chi tiết thực tế do điều kiện thực hiện các phép đo còn hạn chế, chỉ những kích thước lắp ghép được xác định chính xác

Mặt phân khuôn: Phần tiếp xúc giữa lõi và lòng khuôn

Hình 2.14 Mặt phân khuôn

Thiết kế lõi khuôn tĩnh và lõi khuôn động

Lõi khuôn tĩnh: Phần lõm vào xác định hình dạng ngoài của sản phẩm nhựa gọi là lòng

khuôn (hay còn gọi là cối hoặc khuôn cái)

Hình 2.15 Lõi khuôn tĩnh

Lõi khuôn động: Phần lồi sẽ xác định hình dạng bên trong của sản phẩm nhựa gọi là lõi

(hay còn gọi là chày hoặc khuôn đực)

Hình 2.16 Lõi khuôn động

Thiết kế hệ thống định vị và dẫn hướng

Chức năng: Đảm bảo đúng vị trí giữa hai phần của khuôn khi khuôn đóng, cũng như

vị trí của bộ khuôn trên máy ép phun

Tấm kẹp phía trước: Kẹp phần cố định của khuôn vào máy ép phun

Tấm khuôn phía trước: Là phần cố định của khuôn

Tấm khuôn sau: Là phần chuyển động của khuôn

Tấm kẹp phía sau: Kẹp phần chuyển động của khuôn vào máy ép phun

Chốt dẫn hướng: Dẫn phần chuyển động tới phần cố định của khuôn (để liên kết chính

xác hai phần của khuôn )

Bạc dẫn hướng: Để tránh mài mòn hoặc làm hỏng tấm khuôn sau (có thể thay thế

được)

Vòng định vị: Đảm bảo vị trí thích hợp của vòi phun với khuôn

Hình 2.17 Hệ thống định vị và dẫn hướng

Thiết kế hệ thống làm mát

Chức năng: Làm nguội khuôn để làm đông đặc nhựa tạo thành sản phẩm nhanh chóng,

đồng thời đảm bảo khuôn không quá nóng làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Đường nước: Làm nguội lõi và lòng khuôn

Đầu nối: Thiết bị nối đường nước bên ngoài vào khuôn

Hình 2.18 Hệ thống làm mát

Thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm

Chức năng: Hỗ trợ lấy sản phẩm ra khỏi khuôn một cách tự động bằng máy ép khi

khuôn mở ra

Tấm đỡ: Giữ cho mảnh ghép của khuôn không bị rơi ra ngoài

Khối đỡ: Dùng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía sau để cho tấm đẩy hoạt

động đƣợc

Tấm giữ: Giữ chốt đẩy vào tấm đẩy

Tấm đẩy: Đẩy chốt đẩy đồng thời với quá trình đẩy

Chốt đẩy: Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi mở khuôn

Hình 2.19 Hệ thống đẩy sản phẩm

Thiết kế chốt hồi

Chức năng: Làm cho chốt đẩy có thể quay trở lại khi khuôn đóng lại

Hình 2.20 Chốt hồi

Thiết kế hệ thống cấp nhựa

Chức năng: Cung cấp nhựa từ đầu phun máy ép vào lòng khuôn

Bạc cuống phun: Nối vòi phun và kênh nhựa với nhau qua tấm kẹp phía trước và tấm

khuôn trước

Kênh nhựa: Đoạn kênh dẫn nối giữa cuống phun và miệng phun

Hình 2.21 Hệ thống cấp nhựa

Bộ khuôn hoàn chỉnh

Hình 2.22 Bộ khuôn hoàn chỉnh

2.4 Kết luận

Trong chương này, tác giả sử dụng:

- Phần mềm Cimatron E10 để thiết kế chi tiết mặt trước xe máy Wave rzx Đây là phần mềm rất mạnh, đặc biệt trong lĩnh vực thiết kế khuôn ép nhựa, mô phỏng quá trình gia công Sau quá trình thiết kế, ta có thể dễ dàng kết xuất ra các file dữ liệu CAD 2D, chương trình gia công mã G-code để chế tạo khuôn

- Phần mềm CAE để phân tích, thẩm định thiết kế, mô phỏng quá trình điền nhựa là: Moldflow 2012, với giao diện trực quan, đồ họa đẹp và dễ sử dụng

Chương 3 THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÕI KHUÔN

3.1 Chọn máy ép phun

Xác định lực kẹp khuôn Fc của máy ép phun:

Fc = 1,15 P.A ; Trong đó:

P: là áp suất phun, P = 180 (MPa) = 18000 (N/cm2) ;

A: Diên tích hình chiếu của bề mặt sản phẩm, A= 38,0644(cm2) ; Suy ra: Fc = 1,15.18000.38,0644 = 787933(N) =78,79 (tấn) Chon máy ép phun: Máy CLAUMAFEI