Nghiên cứu ứng dụng phần mềm chuyên dụng CAD CAM pro engineer để thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THANH TÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG CAD/CAM (PRO - ENGINEER) ĐỂ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ: CA110035 Hà Nội - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THANH TÙNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM (PRO - ENGINEER) THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ: CA110035 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN ĐỨC QUÝ PGS.TS NGUYỄN TĂNG HUY H Ni - 2013 Luận văn tốt nghiệp LI CAM ĐOAN Đây luận văn Cao học Kỹ thuật, cơng trình nghiên cứu tơi Tơi xin cam đoan nội dung luận văn thực Đây luận chưa bảo vệ hội đồng bảo vệ thạc sỹ Tôi xin chịu trách nhiệm trước lời cam đoan Hà Nội, ngày 21 tháng 05 năm 2013 Người cam đoan Lê Thanh Tựng Học viên: Lê Thanh Tùng -1- Luận văn tèt nghiÖp LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Viện Cơ khí, Viện đào tạo sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn Đặc biệt, với tình cảm chân thành lịng biết ơn sâu sắc, tác giả xin cảm ơn Thầy giáo TS Trần Đức Quý PGS TS Tăng Huy người trực tiếp hướng dẫn tác giả làm luận văn Xin cảm ơn Ban giám đốc đồng nghiệp công ty tạo điều kiện tốt cho tác giả suốt trình học tập làm luận văn Mặc dù thân có nhiều cố gắng, hạn chế trình độ, thời gian nên chắn tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong đóng góp ý kiến thầy giáo cô giáo bạn đọc để luận văn tơi hồn thiện Hà nội, ngày 21 tháng 05 năm 2013 Tác giả Lê Thanh Tùng Học viên: Lê Thanh Tùng -2- Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU 10 Lý nghiên cứu đề tài 10 Mục đích nghiên cứu 11 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 11 Giả thiết khoa học 12 Phương pháp nghiên cứu 12 CHƯƠNG I 13 TỔNG QUAN VỀ KHN VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN 13 1.1 TỔNG QUAN VỀ KHUÔN ÉP PHUN 13 1.2 CHỌN LOẠI KHUÔN THIẾT KẾ 14 1.2.1 Khuôn hai 14 1.2.2 Khuôn ba 16 1.2.3 Khuôn nhiều tầng 17 1.2.4 Khn có lõi mặt bên 18 1.2.5 Khn cho sản phẩm có ren 18 1.2.6 Khuôn nhiều màu 19 1.3 TÍNH GIÁ KHN 19 1.4 THIẾT KẾ LỊNG KHN 20 1.4.1 Số lịng khn 20 1.4.2 Cách bố trí lịng khn 21 1.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN NHỰA 22 1.5.1 Cuống phun (Sprue) 23 1.5.2 Kênh dẫn nhựa (Runners) 24 Häc viªn: Lª Thanh Tïng -3- Luận văn tốt nghiệp 1.5.3 Ming phun cho kờnh dn nguội 27 1.6 HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG 33 1.6.1 Chốt dẫn hướng 33 1.6.2 Bạc dẫn hướng 33 1.7 HỆ THỐNG LÕI MẶT BÊN (HỆ THỐNG TRƯỢT) 34 1.7.1 Các kết cấu tháo lõi mặt bên nhờ hướng mở khuôn 34 1.7.2 Tháo lõi bên xilanh-pittông 36 1.8 HỆ THỐNG LÀM NGUỘI 36 1.8.1 Các phương pháp làm nguội 36 1.8.2 Hệ thống làm nguội 37 1.9 HỆ THỐNG RẢNH THỐT KHÍ 37 1.10 HỆ THỐNG ĐẨY 38 1.10.1 Các loại hệ thống đẩy thường dùng 38 1.11 HỆ THỐNG ĐÀN HỒI 41 1.12 GIỚI THIỆU CẤU TRÚC MỘT BỘ KHUÔN 41 1.13 SẢN PHẨM CỦA CÔNG NGHỆ ÉP PHUN 43 1.14 PHÂN LOẠI MÁY ÉP PHUN 44 a) Phân loại máy theo vật liệu sử dụng 44 b) Phân loại máy theo hệ thống kẹp 44 c) Phân loại máy theo lực kẹp 44 d) Phân loại máy theo hướng trục vít 45 e) Phân loại máy theo công nghệ ép phun 45 1.15 VẬT LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ ÉP PHUN 45 1.16 NHỮNG KHUYẾT TẬT THƯỜNG GẶP TRÊN SẢN PHẨM NHỰA ÉP PHUN 46 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 50 CHƯƠNG II:TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHN 51 2.1 VẬT LIỆU NHỰA 51 2.2 CÁC THÔNG SỐ SẢN PHẨM 52 2.3 CHỌN SỐ KHOANG TẠO HÌNH 53 2.4 TÍNH TỐN LỰC KẸP TỐI THIỂU VÀ CHỌN MÁY 53 2.5 CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU CỦA KHUÔN 55 Häc viªn: Lª Thanh Tïng -4- LuËn văn tốt nghiệp 2.5.1 Chn cỏc chi tit ca khuụn 56 2.6 TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÀM NGUỘI CHO SẢN PHẨM 60 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 63 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ SẢN PHẨM VÀ KHUÔN 64 SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROENGINEER 64 3.1 Thiết kế sản phẩm chi tiết 64 3.2 Thiết kế lịng khn 86 3.3 Gia cơng lịng khn 90 3.4 Chương trình Gcode gia cơng lịng khn 95 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 99 TỔNG KẾT VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 100 Häc viªn: Lª Thanh Tïng -5- LuËn văn tốt nghiệp CH VIT TT TRONG LUN VN NC (Number Control) – 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) – Sản xuất có trợ giúp máy tính DNC (Direct Numerical Control) – Hệ điều khiển DNC FMS (Flexible Manufacturing System) – Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS CRT (Cathode Ray Tube) – Đèn chân khơng (màn hình) Học viên: Lê Thanh Tùng -6- Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Những khuyết tật thường gặp sản phẩm nhựa ép phun 49 Bảng 2.1: Bảng đường kính kênh làm nguội theo kinh nghiệm sản xuất 60 Học viên: Lê Thanh Tùng -7- Luận văn tốt nghiƯp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.3: Kết cấu khn hai có kênh dẫn nóng 15 Hình 1.4: Kết cấu khuôn ba 16 Hình 1.5: Khn ba 17 Hình 1.6 Khn nhiều tầng 17 Hình 1.8 Tháo ren 18 Hình 1.9 Sản phẩm khn nhiều màu 19 Hình 1.10: Các kiểu bố trí lịng khn dạng hình chủ nhật 22 Hình 1.12 Hệ thống dẫn nhựa 22 Hình 1.13: Vị trí cuống phun 23 Hình 1.14: Bạc cuống phun khn 24 Hình 1.15:Các loại tiết diện kênh dẫn nhựa 25 Hình 1.16 Các loại hệ thống kênh dẫn nóng 26 Hình 1.17: Kênh cách ly 27 Hình 1.18 Miệng phun khuôn 28 Hình 1.19:Miệng phun kiểu băng vết cắt để lại 29 Hình 1.20:Miệng phun kiểu gối 29 Hình 1.21: Miệng phun kiểu quạt 30 Hình 1.22:Miệng phun kiểu điểm 31 Hình 1.23:Kích thước thiết kế miệng phun điểm 31 Hình 1.24:Loại miệng phun ngầm dạng thẳng 32 Hình 1.25:Quá trình cắt miệng phun đường cong 32 Hình 1.26:Miệng phun khơng có van 32 Hình 1.27: Miệng phun kiểu có van 33 Hình 1.28: Hệ thống dẫn hướng 33 Hình 1.29: Chốt dẫn hướng 33 Hình 1.30: Bạc dẫn hướng 34 Hình 1.31:Tháo lõi mặt bên cam chốt xiên 34 Hình 1.32:Tháo lõi mặt bên chốt có mặt cam 35 Hình 1.33:Tháo lỏi mặt bên cam chốt xoay góc 35 Häc viªn: Lê Thanh Tùng -8- Luận văn tốt nghiệp 3.2 Thit kế lịng khn Sau thiết kế nắp ổ cắm điện xong lưu lại để thực trình phân khuôn cho phần cách menu chọn File > Save Hộp thoại Save Object xuất hiện, chọn OK chấp nhận - Tiếp theo mở file - Đầu tiên khởi động phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0, tạo file Manufacturing với sub-type Mold Cavity, đặt tên Mold_opening chọn hệ đơn vị mms_mfg_mold Sản phẩm tách theo bước đây: - Bước 1: Đưa chi tiết vào môi trường Pro/Mold, thiết lập số lịng khn 2, hiệu chỉnh cho sản phẩm quay hướng theo hướng tách khuôn Học viên: Lê Thanh Tùng - 86 - Luận văn tèt nghiƯp - Bước 2: Tạo phơi cách tạo phôi tự động với thông số, ta sản phẩm - Bước 3: Nhập hệ số co rút vật liệu 0,05% - Bước 4: Tạo mặt phân khn - Chọn Parting Surface, ta có mẫu sản phẩm, chọn copy bề mặt bao bên sản phẩm, sau paste lên vị trí Nhưng bề mặt có lỗ ổ cắm làm cho bề mặt bị thủng nên phải trám lỗ lại cách mở tab Option chọn Exclude surfaces and fill holes, sau chọn tiết diện cần trám lại Häc viªn: Lª Thanh Tïng - 87 - Luận văn tốt nghiệp - Tng t, tạo surface cho sản phẩm lại Ở bước này, ta cịn dùng lệnh Mirror thực - Tạo mặt Fill cách vào menu Edit/Fill, chọn mặt phẳng vẽ phác mặt qua chân nắp ổ cắm có secsion, ta Häc viªn: Lª Thanh Tùng - 88 - Luận văn tốt nghiệp - Merge mặt sản phẩm với mặt Fill ta mặt phân khuôn thứ cách chọn mặt vào menu Edit/Merge - Tạo mặt phân khôn thứ hai để chia khuôn, mặt cách mặt phân khuôn 20mm theo hướng tách khuôn lệnh Extrude - Bước 5: Tạo lịng khn - Chia hịm khn thành hai phần trước, chọn Volume Split công cụ, chọn Two Volume để chia thành phần All Work pieces để cắt hịm khn Chọn mặt phẳng cắt mặt phân khuôn, đặt tên phần TAM_DUOI , phần TIEP - Tiếp tục chia TIEP thành hai phần, chọn Volume Split công cụ, chọn Two Volume để chia thành phần Mold Volume, chọn phần tên TIEP để cắt, đặt tên phần TAM_TREN phần TAM_GIUA - Extract khuôn ra, menu MOLD chọn Mold Comp/Extract chọn muốn extract Trong menu MOLD chọn Mold Opening/ Define step/ Define move, xác định chiều giá trị di chuyển ta hình Häc viªn: Lª Thanh Tïng - 89 - Ln văn tốt nghiệp - Bc 6: ẫp th - Thit lập hệ thống kênh dẫn nhựa, sau dùng Moding để ép thử sản phẩm hình Kiểm tra góc khn Trong menu Mold/Mold Opening/Define Step/ chọn Draft check, sau phân tích với góc draft 20 , ta kết 3.3 Gia cơng lịng khn 3.3.1 Quy trình cơng nghệ gia cơng TAM_DUOI - Bước 1: gia công thô - Bước 2: gia công bán tinh - Bước 3:Gia cơng tinh đánh bóng lịng khuôn a) Bước gia công thô: - Khởi động Pro Engineer / manufacturing / NC assembly Häc viªn: Lª Thanh Tùng - 90 - Luận văn tốt nghiệp - a vào môi trường làm việc Pro Engineer - Tạo phôi cho - Chọn máy chọn chuẩn - Chọn phương pháp gia công: gia công phương pháp pocketing (phương pháp gia công biên dạng mặt bên mặt đáy) + chọn dao + Chọn chế độ cắt Häc viªn: Lª Thanh Tùng - 91 - Luận văn tốt nghiệp - Chn biên dạng gia công Tiến hành gia công b) Gia công bán tinh: phương pháp:surface Mill (gia công mặt đáy) - Dùng máy dụng cụ cắt chế độ gia cơng thơ Häc viªn: Lª Thanh Tïng - 92 - Luận văn tốt nghiệp - Chn ch độ cắt - Bước 3: gia công tinh - Chọn máy chuẩn bước trên: - Chọn phương pháp gia cơng finishing - + chọn dao: Häc viªn: Lê Thanh Tùng - 93 - Luận văn tốt nghiệp Dao gia công tinh + Chọn chế độ cắt tiến hành gia cơng tinh: Häc viªn: Lª Thanh Tïng - 94 - Luận văn tốt nghiệp Hỡnh nh gia cụng tinh - Tiến hành đánh bóng bề mặt 3.4 Chương trình Gcode gia cơng lịng khn Trích đoạn phần chương trình gia cơng chuyển sang dạng mã G code để chạy máy gia cơng CNC Phần đầu chương trình thay dao số 1, đường kính dao 10mm để gia cơng phá % O0001 N1 G40 G49 G80 G90 N2 T1 M6 N3 G54 G00 X.022 Y0 S3000 M3 N4 G43 Z3 H1 N5 G01 Z-.368 F200 N6 X0 Y84.969 F1000 N7 Y0 N8 X220 N9 Y180 N10 X0 N11 Y84.969 N12 X2.5 Y84.97 N13 X5 Y84.971 N14 Y5 N15 X215 N16 Y175 N17 X5 N18 Y84.971 N19 X7.5 Y84.972 N20 X10 Y84.973 N21 Y10 Häc viªn: Lª Thanh Tïng - 95 - Luận văn tốt nghiệp N22 X210 N23 Y170 N24 X10 N25 Y84.973 N26 X12.5 Y84.974 N27 X15 Y84.975 …… Chọn dao gia công số gia công phá hốc nhỏ mà dao 10 không ăn vào N5116 M5 N5117 G00 Z300 N5119 G00 G40 G49 G80 N5120 T2 M6 N5121 S4500 M3 N5122 G00 X134.787 Y90.038 N5123 G43 Z1.263 H7 N5124 Z.463 N5125 G01 Z-.737 F200 N5126 X135.622 Y90.899 N5127 X135.641 Y90.9 F1000 N5128 X136.183 Y90.962 N5129 X136.553 Y91.063 N5130 X136.92 Y91.214 N5131 X137.353 Y91.474 N5132 X137.7 Y91.761 N5133 X138.037 Y92.139 N5134 X138.285 Y92.531 N5135 X138.476 Y92.961 N5136 X138.62 Y93.528 N5137 X138.656 Y94.006 ……… Thay dao số dường kính dao cầu, phay nhẵn bề mặt cao, phía phần lỗ cắm N9662 M5 N9663 G00 Z300 N9664 X0 Y0 N9665 G00 G40 G49 G80 G90 N9666 T3 M6 N9667 S4500 M3 N9668 G00 X143.727 Y41.984 N9669 G43 Z1.263 H3 N9670 Z-13.768 N9671 G01 X139.581 Z-16.555 F200 Häc viªn: Lª Thanh Tïng - 96 - Luận văn tốt nghiệp N9672 X139.491 Z-16.607 N9673 X139.429 Z-16.63 N9674 X139.398 Z-16.629 N9675 X139.358 Z-16.608 N9676 X139.335 Z-16.57 N9677 X139.27 Z-16.144 N9678 X139.236 Z-15.863 N9679 X139.27 Z-16.723 F1000 N9680 X139.335 Z-18.025 N9681 X139.358 Z-18.145 N9682 X139.398 Z-18.228 N9683 X139.429 Z-18.259 N9684 X139.491 Z-18.28 N9685 X139.581 Z-18.288 ……… Thay dao số 4, đường kính dao cầu, làm nhẵn bề mặt đáy khuôn N31222 M5 N31223 G00 Z300 N31224 X0 Y0 N31225 G00 G40 G49 G80 G90 N31226 T4 M6 N31227 S7000 M3 N31228 G00 X176.392 Y46.931 N31229 G43 Z1.263 H4 N31230 Z-17.939 N31231 G01 Z-19.139 F200 N31232 X177.634 Y45.77 N31233 G17 G02 X176.475 Y44.53 I-1.2 J-.041 N31234 G01 X176.28 Y44.518 F1000 N31235 X175.592 Y44.27 N31236 X175.023 Y44.144 N31237 X174.585 Y44.096 N31238 X174.284 Y44.133 N31239 X145.104 N31240 X144.798 Y44.144 N31241 X144.399 Y44.19 N31242 X143.355 Y44.427 N31243 X143.026 Y44.53 N31244 X142.922 N31245 G02 X141.73 Y45.738 I.008 J1.2 F500 N31246 G01 X142.94 Y46.932 Đoạn cuối kết thúc chương trình gia cơng Häc viªn: Lª Thanh Tùng - 97 - Luận văn tốt nghiệp N82445 Z-13.284 F500 N82446 G00 Z1.263 N82447 M5 N82448 G00 Z300 N82449 X0 Y0 N82450 M30 % Häc viªn: Lª Thanh Tùng - 98 - Luận văn tốt nghiệp KT LUN CHƯƠNG III Các sản phẩm ngày đòi hỏi khắt khe chất lượng giá cả, đặt nhà sản xuất phải trước bước công nghệ sản xuất Để đáp ứng, hỗ trợ cho cơng nghệ mới, đại, việc tính tốn phân tích mơ trước q trình hình thành sản phẩm vơ cần thiết mang tính sống cịn dạng sản xuất lớn Nó cho phép nhà sản xuất biết trước trình vật lý, hóa học, tác động ảnh hưởng đến sản phẩm q trình hình thành, từ có điều chỉnh hợp lý, xác cho cơng đoạn sản xuất Với đặc trưng công nghệ ép phun, khơng nhìn thấy sản phẩm trước, sau hình thành, làm việc thơng qua suy đốn Với tiến khoa học tất kĩnh vực, mợi tượng, quy luật vật lý số hóa mơ với trợ giúp máy tính Proengineer đánh giá phần mềm mạnh làng khuôn Việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm để tính tốn thiết kế khn cần thiết, góp phần cải thiện chất lượng ép phun với công nghệ Hiện nay, với xu cung cầu thị trường nhanh nhiều tốt rẻ, đòi hỏi việc thiết kế chế tạo phải nhanh, mạnh tiết kiệm thời gian, nhân lực đáp ứng Việc thiết kế tính tốn truyền thống khơng cịn đem lại xác nhanh nhạy trước áp lực tiến độ hợp đồng Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mạnh với trợ giúp máy tính thiết kế điều tất yếu sản xuất công nghiệp đại Việc sử dụng phần mềm thiết kế cho phép người kĩ sư kiểm tra tính hợp lý sản phẩm trước đem chế tạo, loại trừ tối đa nguy sai hỏng thiết kế Dễ dàng chỉnh sửa lưu trữ tính tốn cho cơng đoạn Với phần mềm proengineer tác giả xây dựng bước để giúp bạn đọc hiểu thêm tính phần mềm Nhưng điều kiện viết kỹ nên số bước lựa chọn lược bỏ cho ngắn gọn Häc viªn: Lª Thanh Tïng - 99 - Luận văn tốt nghiệp TNG KT V ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Như ta hoàn tất nội dung cần nghiên cứu phạm vi đề tài luận văn Thơng qua q trình thực đề tài em biết thêm công nghệ ép phun nay, đặc biệt nghiên cứu sâu công nghệ đúc áp lực cao ứng dụng phần mền CAD/CAM/CAE thiết kế khuôn, mẫu đúc Nghiên cứu tính tốn thiết kế khn ép phun nội dung tìm hiểu rộng bao gồm tượng vật liệu khuôn thiết kế chế tạo khuôn Sau thời gian thực đề tài em xin đề xuất số vấn đề sau: Công nghệ ép phun khn kim loại nói chung cơng nghệ vật liệu nhựa nói riêng lĩnh vực quan trọng có ý nghĩa thực tiễn cao cần nghiên cứu đào tạo chuyên ngành riêng Tiếp tục nghiên cứu chức CAD/CAM với phần mềm proengineer thông qua việc thiết kế khuôn cho dạng chi tiết khác có yêu cầu kỹ thuật cao hơn, áp dụng với loại khuôn phức tạp để sản xuất cơng nghiệp Từ đầu tư vào việc nghiên chức CAE thiết kế khn mẫu, giảm tối đa thời gian tính tốn bền, kết cấu khn, dịng chảy nhựa hốc khn, thời gian cần thiết để điền đầy khuôn… Đây nội dung quan trọng cho tác động sâu vào tượng khuôn Trong q trình nghiên cứu hồn thành đề tài nhờ giúp đỡ nhiệt tình Thầy giáo khoa, trường đại học Bách Khoa, đồng nghiệp quan, bạn học khóa Đặc biệt dẫn giúp đỡ tận tình đầy trách nhiệm thầy hướng dẫn TS.Trần Đức Quý PGS.TS.Tăng Huy Em xin chân thành cám ơn Häc viªn: Lª Thanh Tïng - 100 - ... chế tạo khuôn mẫu cho sản phẩm nhựa nước vấn đề thiết mà đề tài đặt Với lý trên, tác giả chọn đề tài: "Nghiên cứu Ứng dụng phần mềm chuyên dụng CAD/ CAM (Pro- engineer) thiết kế chế tạo khuôn ép. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THANH TÙNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/ CAM (PRO - ENGINEER) THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ: CA110035... liệu nhựa chưa đủ tốt, chưa ứng dụng CAE thiết kế khuôn Đề tài sâu nghiên cứu phương pháp để làm sản phẩm, khác phục yếu điểm phương pháp đúc thông thường với hỗ thợ phần mềm thiết kế mô chuyên dụng