Ứng dụng phần mềm topsolid trong thiết kế và gia công khuôn ép nhựa

MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .3 CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .6 HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 10 PHẦN MỞ ĐẦU .11 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC 13 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC 13 1.2 Nguyên lý CAD/CAM-CNC 14 1.2.1 CAD (Computer Aided Design) .14 1.2.2 CAM (Computer Aided Manufacture) 15 1.2.3 CNC (Computerized Numerical Control) 17 1.3 Tích hợp CAD CAM 17 1.4 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC Việt Nam .20 1.4.1 Ứng dụng CAD/CAM chế tạo khuôn mẫu 20 1.4.2 Ứng dụng CAD/CAM-CNC thiết kế ngƣợc 21 1.5 Kết luận 23 CHƢƠNG II CHẤT DẺO VÀ KHUÔN GIA CÔNG CHẤT DẺO 24 2.1 Tổng quan chất dẻo 24 2.1.1 Khái niệm chất dẻo 24 2.1.2 Đặc tính chung Polymer 24 2.1.3 Phân loại Polymer 25 2.1.4 Các loại chất dẻo dùng máy ép đúc 25 2.1.5 Những ứng dụng chi tiết nhựa nhiệt dẻo 28 2.2 Khuôn ép nhựa .30 2.2.1 Khái quát khuôn 30 2.2.2 Cấu tạo chung khuôn .31 2.2.3 Các yêu cầu kỹ thuật khuôn ép nhựa 32 2.2.4 Các loại khuôn phổ biến 32 2.2.5 Các hệ thống khuôn 36 2.2.6 Trình tự thiết kế bảo quản khuôn .54 2.2.7 Vật liệu làm khuôn 55 2.2.8 Các chi tiết tiêu chuẩn khuôn 60 2.3 Kết luận 60 CHƢƠNG III ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOPSOLID TRONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA 61 3.1 Tổng quan phần mềm TopSolid 61 3.2 Thiết kế sản phẩm TopSolid'Design .64 3.2.1 Thiết kế mô hình 3D (Part design) 64 3.2.2 Thiết kế 2D tạo vẽ kỹ thuật (Draft) 65 3.2.3 Lắp ghép chi tiết (Assembly) 66 3.2.4 Thiết kế Surface 66 3.2.5 Chuyển đổi thiết kế từ 2D sang 3D 67 3.2.6 Thƣ viện chi tiết khổng lồ 67 3.2.7 Mô động lực học (Kinematics) 67 3.2.8 Mô động lực học (Dynamic) .67 3.3 Thiết kế khuôn với TopSolid'Mold 68 3.4 Lập trình gia công TopSolid'Cam 70 3.5 Ứng dụng phần mềm TopSolid thiết kế chế tạo khuôn ép nhựa cho sản phẩm kéo cắt giấy 74 3.5.1 Thiết kế sản phẩm 74 3.5.2 Phân tích thiết kế khuôn cho sản phẩm .75 3.5.3 Lập trình gia công lòng lõi khuôn .81 3.6 Kết luận 94 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đề tài: “Ứng dụng phần mềm TopSolid thiết kế gia công khuôn ép nhựa” công trình nghiên cứu thực cá nhân tác giả, đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Tăng Huy Các số liệu, kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Trừ phần tham khảo đƣợc nêu rõ luận văn Tác giả Lê Diên Hùng LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Tăng Huy, ngƣời hƣớng dẫn giúp đỡ để tác giả hoàn thành tốt luận văn Sự hiểu biết sâu sắc khoa học, nhƣ kinh nghiệm thầy tiền đề giúp đạt đƣợc thành tựu kinh nghiệm quý báu Tác giả bày tỏ lòng biết ơn tới Ban lãnh đạo Khoa Sau đại học - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến Thầy (Cô) giáo bạn đồng nghiệp Tác giả Lê Diên Hùng CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT NC (Number Contral) - Điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) - Điều khiển số có trợ giúp máy tính CAD (Computer Aided Design) - Thiết kế có trợ giúp máy tính CAM (Computer Aided Manufacturing) - Chế tạo có trợ giúp máy tính CAE (Computer Aided Enginering) - Thiết kế có trợ giúp máy tính CIM (Computer Intergrated Manufacturing) - Hệ thống sản xuất tích hợp CAPP - Computer Aided Process Planning IGES - Initial Graphic Exchange speciílcation SET - Standard Exchange transport STEP - Standard for Exchange of Product Model Data APT - Automatically Programmed Tools MAP - Manufacturing Automation Protocol TOP - Technical and Office Protocol DNC - Direct Numerical Control PPC - Production Planning Control RP - Rapid Prototyping IR- Industry Robot PS - Power Shape PE – Polyetylen PP – Polypropylen PS – Polystyren PVC - Polyvinilclorit PVA - Polyvinylacetat PVAL - Polyvinylalcol PA - Polyamit SX - Sản xuất HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ lịch sử phát triển hệ thống CAD/CAM 13 Hình 1.2 Các giai đoạn trình thiết kế 15 Hình 1.3 Các lĩnh vực ứng dụng hệ CAM 16 Hình 1.4 Mô hình công cụ CAD/CAM 17 Hình 1.5 Mối quan hệ CAD/CAM tự động hóa sản xuất 18 Hình 1.6 Các công việc chức CAD/CAM chu kỳ sản xuất 19 Hình 1.7 Ứng dụng RE ngành công nghiệp ô tô 22 Hình 1.8 Dùng máy scan 3D để lấy mẫu khuôn ép nhựa 23 Hình 2.1 Kết cấu khuôn hai ép sản phẩm nhựa 31 Hình 2.2 Kết cấu khuôn hai 33 Hình 2.3 Kết cấu khuôn ba 34 Hình 2.4 Khuôn nhiều tầng 34 Hình 2.5 Kết cấu khuôn cho sản phẩm nhiều màu 35 Hình 2.6 Sản phẩm khuôn nhiều màu 36 Hình 2.7 Cấu tạo chung hệ thống đẩy 36 Hình 2.8 Một số loại chốt đẩy 37 Hình 2.9 Hệ thống dùng lƣỡi đẩy 38 Hình 2.10 Hệ thống dùng ống đẩy 38 Hình 2.11 Ống đẩy 38 Hình 2.12 Hệ thống đẩy dùng tháo 39 Hình 2.13 Hệ thống cấp nhựa 39 Hình 2.14 Bạc cuống phun dùng bốn bu lông 40 Hình 2.15 Lắp ghép bạc cuống phun vòng định vị 40 Hình 2.16 Kích thƣớc hợp lý cuống phun 41 Hình 2.17 Kênh dẫn nhựa 42 Hình 2.18 Một số tiết diện kênh dẫn nhựa 42 Hình 2.19 Miệng phun trực tiếp 43 Hình 2.20 Miệng phun cạnh 44 Hình 2.21 Miệng phun kiểu then 44 Hình 2.22 Thành phần hệ thống làm nguội 45 Hình 2.23 Hệ thống dẫn hƣớng định vị 47 Hình 2.24 Chốt dẫn hƣớng có vai 48 Hình 2.25 Bạc dẫn hƣớng 48 Hình 2.26 Cơ cấu định vị mặt côn 49 Hình 2.27 Mặt vát đơn định vị xác 49 Hình 2.28 Mặt vát đôi định vị xác 49 Hình 2.29 Hình dạng sản phẩm có undercut 51 Hình 2.30 Một số undercut điển hình 51 Hình 2.31 Nguyên lý tháo undercut 52 Hình 2.32 Tháo undercut mặt sử dụng lõi trƣợt 52 Hình 2.33 Tháo undercut mặt sử dụng chốt đẩy xiên 53 Hình 2.34 Các thành phần hệ thống chốt đẩy xiên 54 Hình 2.35 Khuôn làm thép NAK 80 58 Hình 3.1 Thiết kế chi tiết TopSolid'Design 64 Hình 3.2 Mô hình chuyển từ vẽ thiết kế sang vẽ kỹ thuật 65 Hình 3.3 Mô hình chuyển đổi từ vẽ lắp ghép sang vẽ kỹ thuật 65 Hình 3.4 Lắp ráp chi tiết TopSolid 66 Hình 3.5 Thiết kế mô hình surface 66 Hình 3.6 Mô động lực học 67 Hình 3.7 Modul TopSolid'Mold- thiết kế khuôn ép nhựa 68 Hình 3.8 Thƣ viện khuôn mẫu tiêu chuẩn Topsolid 68 Hình 3.9 Hệ thống làm mát đƣợc thiết kế Topsolid 69 Hình 3.10 Lòng, lõi khuôn đƣợc chuyển sang Topsolid’Cam để gia công 69 Hình 3.11 Phân tích dòng chảy với Mold Flow 70 Hình 3.12 Lập trình gia công với TopSolid'Cam 70 Hình 3.13 Thƣ viện máy 71 Hình 3.14 Thƣ viện dao 71 Hình 3.15 Mô phay 2D 72 Hình 3.16 Mô phay contuor 3D 72 Hình 3.17 Phay mặt máy trục 72 Hình 3.18 Chuyển đổi gia công từ trục sang trục 73 Hình 3.19 Mô gia công máy phay tiện phức hợp 73 Hình 3.20 Thực nguyên công khoan, tiện TopSolid 74 Hình 3.21 Tiện nhiều đầu dao 74 Hình 3.22 Hình ảnh thân kéo đƣợc thiết kế 75 Hình 3.23 Đƣờng phần khuôn đƣợc tạo 75 Hình 3.24 Mặt phân khuôn 76 Hình 3.25 Khuôn 76 Hình 3.26 Khuôn dƣới 76 Hình 3.27 Nhân nhiều lòng khuôn 76 Hình 3.28 Chọn khuôn tiêu chuẩn 77 Hình 3.29 Khuôn tiêu chuẩn đƣợc tạo 78 Hình 3.30 Tạo rãnh dẫn nhựa 78 Hình 3.31 Thiết kế hệ thống chốt đẩy sản phẩm 79 Hình 3.32 Chọn hệ thống cổng phun cho sản phẩm 79 Hình 3.33 Hệ thống làm mát 80 Hình 3.34 Hệ thống chốt đỡ 80 Hình 3.35 Hệ thống chốt hồi 81 Hình 3.36 Hệ thống khuôn hoàn chỉnh 81 Hình 3.37 Chọn máy pháy phay CNC kí hiệu HAAS-VMC VFA4 SS 82 Hình 3.38 Gọi chi tiết vào môi trƣờng gia công 83 Hình 3.39 Tạo phôi cho chi tiết gia công 83 Hình 3.40 Nhận dạng chi tiết gia công phôi 84 Hình 3.41 Mô phay mặt phẳng 87 Hình 3.42 Mô phay hốc phía 89 Hình 3.43 Mô phay thô lòng khuôn 90 Hình 3.44 Mô phay tinh lòng khuôn 92 Hình 3.45 Xuất mã NC sang máy phay CNC 93 Hình 3.46 Học viên Lê Diên Hùng vận hành gia công sản phẩm 93 Hình 3.47 Sản phẩm sau hoàn thiện 94 HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Ký hiệu vật liệu 57 Bảng 2.2 Thông số thép 1055 57 Bảng 2.3 Thông số thép 2083 58 Bảng 2.4 Thông số thép NAK 80 58 Bảng 2.5 Thành phần nhôm 6061 59 Bảng 2.6 Thành phần nhôm 7005 60 10 Do chi phí gia công máy CNC lớn nên thực tế ngƣời ta thƣờng sử dụng máy vạn gia công thô để tạo hình cho sản phẩm Vì bề mặt gia công phức tạp, đòi hỏi độ xác cao nên yêu cầu trình lập trình phải chọn phƣơng pháp gia công, dụng cụ cắt, chế độ công nghệ, … phải cẩn thận nhằm đảm bảo yêu cầu sản phẩm * Công việc chuẩn bị trƣớc gia công: - Lựa chọn máy kích vào biểu tƣợng “Preparation” Lựa chọn máy từ danh mục (danh mục bao gồm máy phay máy tiện) Chọn máy HAAS-VMC VFA4 SS từ danh sách máy phay Hình 3.37 Chọn máy pháy phay CNC kí hiệu HAAS-VMC VFA4 SS - Gọi phôi vào môi trƣờng gia công Kích vào biểu tƣợng mâm cặp Sau trình kích hoạt xuất dòng nhắc Tool shape(s) to position: Kích vào chi tiết cần gia công Face from part to put on parallels: Kích vào bề mặt dƣới chi tiết sau chọn bề mặt mâm cặp tƣơng ứng 82 Hình 3.38 Gọi chi tiết vào môi trường gia công - Tạo phôi Quá trình tạo phôi tạo môi trƣờng thiết kế chi tiết cách: Sử dụng biểu tƣợng Hộp thoại Stock Block xuất hiện, khai báo lƣợng dƣ phôi mục Stock block margins Quá trình tạo khối kín bao quanh chi tiết Đó lƣợng dƣ cần gia công Hình 3.39 Tạo phôi cho chi tiết gia công 83 - Nhận dạng chi tiết phôi Đầu tiên đặt hệ tọa độ chi tiết nơi phù hợp, lựa chọn biểu tƣợng sau chọn vào hệ tọa độ khác mà bạn muốn sử dụng Sau lựa chọn biểu tƣợng Creation Hoặc từ công cụ chọn: Part, Creation Sau trình chọn xuất câu hỏi - Kích vào chi tiết - Kích vào phôi chi tiết - Kích vào chi tiết - Kích vào hệ tọa độ chi tiết Hình 3.40 Nhận dạng chi tiết gia công phôi * Quy trình công nghệ gia công lòng khuôn Bƣớc 1: Phay mặt phẳng - Kích vào biểu tƣợng Topologic , kích chọn mặt chi tiết bề mặt cần gia công, sau chọn chức Facing mục Operations, kích OK 84 , - Lựa chọn dụng cụ cắt Lựa chọn dụng cụ cắt từ thƣ viện dụng cụ cắt Khi lựa chọn dụng cụ cắt cho trình gia công có dụng cụ cắt phù hợp đƣợc lựa chọn Lựa chọn thông số cho dụng cụ cắt 85 Lựa chọn mảnh hợp kim cho dụng cụ cắt Lựa chọn trình gia công nhập vào thông số Các thông số dƣới phổ biến với trình gia công Chiều cao vật liệu tính toán Các thông số tính toán TopSolid’Cam Các thông số đƣa dao: Chiều cao vật liệu = 5mm Chiều sâu cắt = 5mm Số lát cắt = Chiều sâu cắt lớn = 10mm Chiều sâu lát cắt cuối = Sau chọn thông số, phần mềm tự động mô trình gia công 86 Hình 3.41 Mô phay mặt phẳng Bƣớc 2: Phay hốc để đặt lƣỡi kéo Kích vào biểu tƣợng Topologic , kích chọn mặt chi tiết bề mặt cần gia công, sau chọn chức Spiral Open pocket mục Operations, kích OK Lựa chọn dao phay ngón từ thƣ viện dụng cụ cắt 87 Hộp thoại Linked tool choice cho phép chọn thông số dao phay ngón, lựa chọn đƣờng kính dao 5mm Chọn chế độ cắt cho trình phay rãnh 88 Mô trình phay rãnh Hình 3.42 Mô phay hốc phía Bƣớc 3: Phay thô lòng khuôn Kích vào biểu tƣợng 3D Milling, kích chọn chế độ gia công thô Roughing, kích chọn mặt hốc chi tiết bề mặt cần gia công Lựa chọn loại dụng cụ cắt dao phay cầu từ thƣ viện dụng cụ cắt 89 Lựa chọn thông số cho dao phay cầu, chọn đƣờng kính dao 4mm Mô trình gia công thô Hình 3.43 Mô phay thô lòng khuôn 90 Bƣớc 4: Phay tinh lòng khuôn Kích vào biểu tƣợng 3D Milling, kích chọn chế độ gia công tinh Finishing, kích chọn mặt hốc chi tiết bề mặt cần gia công tinh Lựa chọn loại dụng cụ cắt dao phay đầu cầu từ thƣ viện dụng cụ cắt Lựa chọn thông số cho dao phay dầu cầu, chọn đƣờng kính dao 3mm 91 Mô trình gia công tinh Hình 3.44 Mô phay tinh lòng khuôn - Xuất mã NC Sau hoàn thành bƣớc gia công, kích chọn biểu tƣợng Operations manager, hộp thoại bƣớc gia công, chọn tất bƣớc gia công, kích chuột phải chọn ISO Process 92 Quá trình xuất file G-code hoàn thành Hình 3.45 Xuất mã NC sang máy phay CNC Hình 3.46 Học viên Lê Diên Hùng vận hành gia công sản phẩm 93 Hình 3.47 Sản phẩm sau hoàn thiện 3.6 Kết luận Việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM vào gia công khuôn ép nhựa điều tất yếu phần mềm TopSolid lựa chọn đắn Chƣơng III luận văn tóm lƣợc mạnh phần mềm TopSolid qua modul Đặc biệt modul TopSold’ Mold qua việc trình bày trình thiết kế khuôn ép nhựa cho sản phẩm Thân kéo cắt giấy Sau lòng lõi khuôn đƣợc chuyển sang môi trƣờng TopSolid’Cam để lập trình gia công 94 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU Việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC mang lại hiệu to lớn cho doanh nghiệp sản xuất khí nói chung danh nghiệp thiết kế, chế tạo khuôn mẫu nói riêng, cầu nối liên hoàn từ ý tƣởng thiết gia công chế tạo sản phẩm TopSolid sản phẩm cốt lõi tổng thể giải pháp tích hợp phần mềm đƣợc phát triển Missler, phần mềm đƣợc cung cấp toàn cầu đƣợc tích hợp môđun từ khâu thiết sản xuất Tuy nhiên, ứng dụng Topsolid để sản xuất nƣớc ta dừng lại doanh nghiệp có vốn đầu tƣ nƣớc ngoài, kể đến nhƣ Fujimold, Misumi, Saigon Precision Khái niệm Topsolid mẻ với nhiều ngƣời dùng Việt Nam Topsolid phần mềm đa dạng đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực Luận văn kết nghiên cứu số môđun thiết kế mô hình, thiết kế khuôn nhƣ môđun gia công Topsolid Tuy vậy, kết nghiên cứu mở hội cho việc nghiên cứu, ứng dụng sâu môđun khác Topsolid Đặc biệt, Topsolid có tùy chọn mở rộng cho phép ngƣời sử dụng xây dựng, chiến lƣợc chạy dao linh hoạt giúp nâng cao chất lƣợng sản phẩm gia công Với mạnh phần mềm TopSolid đƣợc trình bày, tác giả mong muốn đƣợc phát triển đề tài để khai thác thêm điểm mạnh phần mềm qua modul khác nhƣ: Gia công đồ gỗ_TopSolid’ Wood, Thiết kế khuôn đột dập _TopSolid'Progress Với điều kiện thời gian luận văn nhƣ thời gian thâm nhập thực tế sản xuất hạn chế nên tác giả mong muốn tìm hiểu, ứng dụng sâu môđun Topsolid nghiên cứu sau Tác giả hy vọng áp dụng kết luận văn trình giảng dạy nhƣ sản xuất, gia công khí xƣởng thực hành từ đáp ứng đƣợc phần nhu cầu doanh nghiệp địa bàn tỉnh 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Vũ Hoài Ân, Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa NXB Trung tâm đào tạo thực hành – Viện máy dụng cụ công nghiệp IMI [2] Nguyễn Trọng Bình, Giáo trình đào tạo cao học tối ưu hóa trình cắt gọt, Tài liệu sử dụng nội bộ, Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Hoàng Tiến Dũng, Giáo trình khuôn mẫu, Tài liệu sử dụng nội bộ, Đại học Công nghiệp Hà Nội [4] Trần Văn Địch (2003), Nghiên cứu độ xác gia công thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Nguyễn Trọng Bình, PGS.TS Nguyễn Thế Đạt, PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp, PGS.TS Trần Xuân Việt (2003), Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Phạm Minh Hải (1991), Vật liệu chất dẻo tính chất công nghệ gia công, NXB Đại học Bách khoa, Hà Nội [7] PGS.TS An Hiệp, Ứng dụng vật liệu chất dẻo kỹ thuật, NXB Giao thông vận tải [8] Nguyễn Ngọc Đào (2004), Giáo trình CAD - CAM - CNC bản, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh [9] TS Phạm Sơn Minh, ThS Trần Minh Thế Uyên (2014), Giáo trình thiết kế chế tạo khuôn phun ép nhựa, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [10] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 96 ... nghệ ép phun, phận khuôn nhựa, tiếp cận phần mềm TopSolid - Sử dụng công cụ thiết kế khuôn TopSolid Mold để thiết kế khuôn ép nhựa, sau lập trình gia công lòng, lõi khuôn TopSolid Cam - Gia công. .. vực ứng dụng không thiết kế khuôn nhựa, mà ứng dụng thiết kế khuôn đột dập, thiết kế vỏ tàu thủy, tính toán, phân tích động học, ứng suất, ứng dụng gia công đồ mỹ nghệ, đồ gỗ Trong thiết kế khuôn. .. sĩ Ứng dụng phần mềm TopSolid thiết kế gia công khuôn ép nhựa” nhằm mục đích tiếp cận, tìm hiểu nhƣ ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC gia công chế tạo chi tiết khuôn mẫu thông qua phần mềm TopSolid