Để đạt đƣợc mục tiờu của đề tài “Nghiờn cứu chế tạo ma-nơ-canh chuẩn mụ phỏng kớch thước cơ th trẻ em nam lứa tuổi ti u học địa bàn thành phố Hà Nội” cần thực hiện cỏc nhiệm vụ sau:
- Nghiờn cứu xõy dựng quy trỡnh cụng nghệ phay CNC và chế tạo khuụn dƣơng ma-nơ-canh
- Nghiờn cứu xõy dựng quy trỡnh cụng nghệ và chế tạo khuụn õm ma-nơ-canh. - Nghiờn cứu xõy dựng quy trỡnh cụng nghệ và chế tạo sản phẩm ma-nơ-canh.
Chương 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIấN CỨU 2.1. Mục tiờu nghiờn cứu
Mục tiờu nghiờn cứu của luận văn nhằm xõy dựng quy trỡnh cụng nghệ và tiến hành chế tạo ma-nơ-canh chuẩn mụ phỏng kớch thƣớc cơ thể trẻ em nam lứa tuổi tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội theo phƣơng phỏp sản xuất hàng loạt.
2.2. Đối tƣợng nghiờn cứu
Do sự phỏt triển về điều kiện kinh tế – văn húa – xó hội, thể lực và tầm vúc cơ thể của ngƣời dõn Việt Nam chỳng ta trong 20 năm qua đó cú nhiều thay đổi. Trong phạm vi nghiờn cứu của luõn văn, để cú tớnh hệ thống, trƣớc tiờn tụi lựa chọn đối tƣợng nghiờn cứu chế tạo ma-nơ-canh là cỏc em học sinh tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội. Trẻ em thành phố cú sự phỏt triển vƣợt trội về tầm vúc so với trẻ em ở cỏc khu vực khỏc. Đối tƣợng trẻ em cú nhu cầu sử dụng quần ỏo may sẵn đặc biệt là đồng phục học sinh, đồng thời, đõy cũng là nhúm đối tƣợng đƣợc hƣởng sự quan tõm và chế độ dinh dƣỡng đầy đủ của gia đỡnh và nhà trƣờng, do vậy sẽ là nhúm đối tƣợng đại diện cho một thế hệ ngƣời Việt Nam mới cú tầm vúc cơ thể phỏt triển vƣợt trội so với giai đoạn trƣớc. Nghiờn cứu sản xuất ma-nơ-canh cho đối tƣợng học sinh tiểu học sẽ là tiền đề để sản xuất ma-nơ-canh cho cỏc đối tƣợng học sinh phổ thụng cơ sở, học sinh phổ thụng trung học và ngƣời trƣởng thành.
2.3. Vật liệu và phƣơng phỏp nghiờn cứu
2.3.1. Nghiờn cứu xõy dựng quy trỡnh cụng nghệ và chế tạo khuụn dƣơng ma-nơ-canh. nơ-canh.
2.3.1.1. Lựa chọn vật liệu tối ưu [4]
a) Một số tớnh chất nổi bật của nguyờn liệu chế tạo ma-nơ-canh
Với mục tiờu chế tạo khuụn dƣơng ma-nơ-canh, cỏc loại vật liệu cú thể sử dụng để gia cụng khuụn dƣơng ma-nơ-canh gồm:
a1) Thạch cao * Tớnh chất
- Màu sắc: trắng, khụng màu, vàng-trắng, lục-trắng…,ngoài ra màu thạch cao cũn phụ thuộc vào tạp chất.
- Độ cứng Mohs: 1,5-2 - Màu bột khi cọ sỏt: trắng - Tỷ trọng riờng: 2,31 - 2,33
- Cỏc dạng khoỏng vật chớnh: Satin Spar (khối cú sợi nhƣ ngọc trai), Selenit (tinh thể trong suốt và cú phiến), Alabaster (hơi cú màu, hạt mịn)
* Ưu, nhược đi m
- Dễ kiếm, giỏ thành rẻ khoảng 16.000.000 đ m3, tớnh cho một ma-nơ-canh nam cỡ 56 cú kớch thƣớc DxRxC = 78x37x27 cú giỏ khoảng 1.200.000 đồng
- Định hỡnh dễ dàng khi ở trạng thỏi ƣớt
- Độ cứng khụng cao, độ kết dớnh khụng tốt, chịu lực kộm, khi gia cụng ở trạng thỏi đúng rắn dễ bị vỡ khi bị rung lắc, trong quỏ trỡnh gia cụng trờn mỏy phay CNC dễ bị vỡ
- Thạch cao phự hợp với việc nặn tƣợng thạch cao
a2)Thộp cỏc bon * Tớnh chất
- Thộp cacbon là hợp kim của Fe – C với hàm lƣợng C nhỏ hơn 2,14%. Ngoài ra thộp cacbon cũn chứa một hàm lƣợng tạp chất nhƣ Si, Mn, S, P
- Thộp cỏc bon kết cấu chất lượng thường
+ Do thành phần C trong thộp ớt, tạp chất nhiều nờn cơ tớnh của thộp thấp. Độ cứng, độ bền, khả năng chịu ma sỏt và mài mũn thấp. Trỏi lại tớnh dẻo cao, khả năng chịu và đập tốt.
+ Dễ gia cụng ỏp lực, dễ cắt gọt và dễ hàn nhƣng tớnh nhiệt luyện và tớnh đỳc kộm.
- Thộp cỏc bon kết cấu chất lượng tốt
+ So với thộp cỏc bon kết cấu chất lƣợng thƣờng thỡ thộp cỏc bon kết cấu chất lƣợng tốt đƣợc quy định cả về thành phần húa học lẫn cơ tớnh nờn chịu đƣợc tải trọng lớn, chịu ma sỏt và mài mũn tốt, tuy nhiờn độ mềm dẻo lại kộm hơn.
+ Khú hàn, khú cắt gọt, khú gia cụng ỏp lực, giỏ thành cao.
- Thộp cỏc bon dụng cụ.
+ So với thộp cỏc bon chất lƣợng tốt thỡ thộp cỏc bon dụng cụ cú độ cứng cao, độ bền cao hơn, chịu ma sỏt và mài mũn tốt hơn, tớnh dũn cao, độ dẻ dai kộm.
+ Tớnh cắt gọt kộm, khú hàn, nhiệt luyện dễ, giỏ thành cao.
* Ưu, nhược đi m của thộp cỏc bon
- Thộp cỏc bon cú khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, ổn định kớch thƣớc khụng bị cong vờnh khi bị tỏc động của nhiệt độ
- Tớnh đỳng và gia cụng cắt gọt tốt, độ búng bề mặt cao - Độ cứng, chống mài mũn tốt
- Bị ăn mũn dƣới tỏc động của khụng khớ và nhiệt độ thƣờng
- Giỏ thành cao (khoảng130.000.000 m3), tớnh cho một ma-nơ-canh nam cỡ 56 cú kớch thƣớc DxRxC = 78x37x27 cú giỏ khoảng 11.000.000 đồng
- Phự hợp với việc gia cụng cỏc chi tiết mỏy và cỏc loại khuụn
a3)Nhụm và hợp kim nhụm * Tớnh chất
- Nhụm nguyờn chất
+ Nhụm là một kim loại nhẹ, trọng lƣợng riờng 2,7 G cm3, nhiệt độ núng chảy 6850C. Nhụm cú tớnh dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, nhụm cú tớnh chống ăn mũn cao, nhụm dễ bị phỏ hủy của muối và axit H2SO4, HCL
+ Nhụm cú độ bền và độ cứng thấp, độ bền khoảng 8-10KG mm2, độ cứng 25-30 HB. Độ rẻo cao, độ đàn hồi từ 35-40%
+ Tớnh cụng nghệ gia cụng ỏp lực dễ, tớnh đỳc kộm, co ngút nhiều (khoảng 6%) gia cụng cắt gọt kộm vỡ mềm, dễ gõy dớnh dao
- Hợp kim nhụm Đuara (hợp kim nhụm biến hỡnh)
Cú tớnh bền cao hơn nhụm, trọng lƣợng riờng nhẹ 2,8 G cm3, hợp kim nhụm Đuara sau khi tụi cú độ cứng từ 75-100 HB, độ bền 40-50 KG mm, tớnh chống ăn mũn kộm hơn nhụm, tớnh biến dạng tốt, tớnh gia cụng ỏp lực dễ
- Silumin (hợp kim nhụm đỳc)
+ Cơ tớnh của silumin phụ thuộc vào lƣợng silic chứa trong đú, Silic càng nhiều tớnh núng chảy càng cao, dễ đỳc, nhƣng giũn.
+ Tớnh truyền nhiệt tốt, nhẹ, tớnh cắt gọt dễ dàng
* Ứng dụng của hợp kim nhụm
- Dựng để chế tạo cỏc chi tiết chịu lực từ thấp đến cao và cần cú độ dẻo cao, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, cỏc chi tiết hàn, đinh tỏn, cỏc pitong của động cơ, cỏc loại khuụn đỳc dựng trong ngành cụng nghiệp nhựa
* Ưu, nhược đi m của hợp kim nhụm
- Hợp kim nhụm nhẹ, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, ổn định về kớch thƣớc, khụng bị cong vờnh nứt vỡ trong quỏ trỡnh gia cụng
- Tớnh đỳng, gia cụng cắt gọt tốt, độ búng bề mặt cao
- Khụng bị ăm mũn trong điều kiện khụng khớ và nhiệt độ thƣờng
- Giỏ thành cao (khoảng 270.000.000 m3), tớnh cho một ma-nơ-canh nam cỡ 56 cú kớch thƣớc DxRxC = 78x37x27 cú giỏ khoảng 21.000.000 đồng
- Hợp kim nhụm chịu nhiệt khụng cao
- Phự hợp với việc gia cụng cỏc chi tiết mỏy và cỏc loại khuụn
a4) Đồng và hợp kim đồng * Tớnh chất
- Khối lƣợng riờng 8,94 g/cm3
- Hệ số dẫn nhiệt 0,923 calo/cm.s.0C
- Nhiệt độ núng chảy 1083 0C, dẻo, dễ biến dạng, nhƣng độ bền thấp b = 160 N/mm2 - Đồng nguyờn chất sau khi luyện đƣợc phõn tỏn theo độ tinh khiết
- Đồng nguyờn chất kộm bền và tớnh cụng nghệ kộm nờn ớt dựng. Nờn thƣờng dựng cỏc loại hợp kim đồng trong gia cụng cớ khớ, hai hợp kim đồng thƣờng dựng là đồng thau và đụng thanh
* Đồng thau
- Là hợp kim giữa đồng và kẽm thành phần kẽm chứa trong đồng thau khụng quỏ 45%.
- Cú tớnh mềm dẻo dễ gia cụng ỏp lực, dựng để đỳc cỏc chi tiết may
* Đồng thanh
- Là hợp kim của đồng với thiếc, nhụm, kẽm, silic, crom. Cú nhiều loại đồng thanh: Đồng thanh thiếc, đồng thanh silic...
- Đồng thanh cú tớnh chất dễ cắt gọt, dễ đỳc, hệ số ma sỏt nhỏ, chịu ma sỏt mài mũn tốt, truyền nhiệt nhanh, chịu ỏp lực tốt
* Ưu, nhược đi m của đồng
- Hợp kim đồng nặng, tớnh dẫn điện, đẫn nhiệt tốt, ổn định về kớch thƣớc, khụng bị cong vờnh khi bị tỏc dụng của nhiệt độ
- Tớnh đỳng và gia cụng cắt gọt tốt, độ búng bề mặt cao
- Khụng bị ăn mũn trong điều kiện khụng khớ và nhiệt độ thƣờng
- Giỏ thành cao (khoảng 400.000.000 m3), tớnh cho một ma-nơ-canh nam cỡ 56 cú kớch thƣớc DxRxC = 78x37x27 cú giỏ khoảng 31.000.000 đồng
- Phự hợp với việc gia cụng cỏc chi tiết mỏy và cỏc loại khuụn
a5) Gỗ
* Tớnh chất chung của gỗ +) Tớnh chất lý học
- Gỗ cú tớnh hỳt ẩm, khi gỗ hỳt ẩm làm thay đổi kớch thƣớc, thể tớch - Gỗ cú tớnh hỳt nƣớc và thẩm thấu nƣớc
- Gỗ cú tớnh co rỳt và gión nở
Gỗ khụ khi hỳt nƣớc từ độ ẩm 0% đến khi bóo hũa, gỗ sẽ gión nở tổi đa (gỗ de là 0,27%, gỗ mớt là 0,36%)
- Tớnh dẫn nhiệt: khi tỷ trọng của gỗ càng cao, độ ẩm càng lớn thỡ tớnh dẫn nhiệt càng mạnh. Gỗ dẫn nhiệt theo dọc thớ gấp 2 – 2,5 lầm theo thớ ngang. Khi gỗ hoàn toàn khụ sẽ trở thành vật liệu cỏch điện. Để tăng độ cỏch điện ngƣời ta tẩm gỗ bằng dung dịch parafin hoặc cỏc loại keo nhõn tạo.
+) Tớnh chất cơ học
Do đặc điểm gỗ cú cấu tạo khụng đồng nhất theo cỏc chiều, nờn nhỡn chung gỗ cú khối lƣợng riờng lớn, khả năng chịu lực lớn. Cƣờng độ chịu lực theo dọc thớ là lớn nhất. Nhỡn chung gỗ chịu kộo tốt hơn và chịu uốn tĩnh, nộn dọc và cắt dọc.
* Ưu, nhược đi m của gỗ
- Gỗ nhẹ và chắc, là vật liệu thiờn nhiờn dễ kiếm, chuyờn chở thuận tiện, gia cụng dễ dàng, dễ lắp gộp.
- Sức chịu đựng của gỗ khỏ cao, sức chịu nộn của gỗ cao hơn gạch và bờ tụng, cỏch điện tốt.
- Giỏ thành thấp (khoảng 29.000.000 m3), tớnh cho một ma-nơ-canh nam cỡ 56 cú kớch thƣớc DxRxC = 78x37x27 cú giỏ khoảng 2.300.000 đồng
- Gỗ cú cấu tạo khụng đồng nhất, dễ hỳt ẩm, dễ chỏy, gỗ cú nhiều khuyết tật tự nhiờn (mắt gỗ, nứt, cong vờnh).
- Gỗ dễ bị mục, dễ bị mối mọt.
- Phự hợp để gia cụng cỏc thiết bị gia dụng, tạc tƣợng, khuụn đỳc.
b) Phương ỏn lựa chọn nguyờn liệu tối ưu
Từ những nghiờn cứu trờn về vật liệu sử dụng trong sản xuất khuụn dƣơng ma- nơ-canh so với tớnh ƣu việt về cụng nghệ và giỏ thành thỡ cỏc nguyờn liệu nhƣ thộp cỏc bon, hợp kim nhụm, hợp kim đồng cỏc nguyờn liệu này cú tớnh cắt gọt gia cụng dễ dàng nhƣng giỏ thành cao. Thạch cao cú giỏ thành thấp nhƣng khụng phự hợp với cỏc phƣơng phỏp gia cụng cơ khớ núi chung và gia cụng phay CNC núi riờng. Gỗ là một nguyờn liệu dễ gia cụng, giỏ thành thấp, giỏ thành thuờ gia cụng phay CNC thấp hơn so với cỏc nguyờn liệu trờn. Từ điều kiện thực tế của đề tài tụi chọn gỗ làm vật liệu gia cụng khuụn dƣơng ma-nơ-canh. Khi chọn gỗ để gia cụng khuụn dƣơng tụi đặc biệt lƣu ứu đến cỏc nhƣợc điểm của gỗ nhƣ co gút, cong vờnh, mối mọt, khuyết tật, trong thực tế làm đề tài tụi đó sử dụng cỏc phƣơng phỏp sau để khắc phục cỏc nhƣợc điểm của gỗ:
- Đối với cỏc khuyết tật của gỗ: Lựa chọn và loại bỏ ngay từ ban đầu khi chuẩn bị phụi, cỏc mẩu gỗ khụng cú khuyết tật nhƣ sõu đục thõn, mắt gỗ, nứt mới đƣợc chọn để đƣa vào gia cụng.
- Đối với nhƣợc điểm dễ cong vờnh, co ngút của gỗ: Lựa chọn cỏc khỳc gỗ đó đƣợc phơi khụ từ 6 thỏng đến 1 năm để đảm bảo gỗ đó đạt độ khụ tiờu chuẩn. Ngoài ra để khắc phục độ sai số do co gút việc chế tạo khuụn õm đƣợc tiến hành ngay sau khi hoàn thành khuụn dƣơng nờn trỏnh đƣợc độ sai số do co gút.
- Đối với nhƣợc điểm dễ bị mục và mối mọt: Loại gỗ mớt mà đề tài lựa chọn là loạt gỗ khụng bị mối mọt phỏ hủy, ngoài ra việc chế tạo khuụn õm ngay sau khi hoàn thành khuụn dƣơng cũng khắc phục đƣợc nhƣợc điểm này.
2.3.1.2. Chuẩn bị bản vẽ 3 D cơ th người
Dữ liệu đầu vào cho quỏ trỡnh phay CNC cần cú bản vẽ 3D của vật thể cần gia cụng, để cú thể phay đƣợc khuụn dƣơng ma-nơ-canh chỳng ta cần cú bản vẽ 3D của cơ thể ngƣời.
Trong nghiờn cứu này, thay cho việc thiết kế cỏc bản vẽ 3D mụ tả bề mặt, hỡnh dạng, kớch thƣớc cỏc đƣờng cong, cỏc khối cơ bắp và tỉ lệ cấu trỳc cỏc phần của cơ thể ngƣời, chỳng tụi sử dụng quy trỡnh thiết kế ngƣợc, sử dụng cụng nghệ quột 3D hiện đại nhằm xõy dựng cỏc bộ dữ liệu số húa 3D tỏi tạo mụ hỡnh cơ thể ngƣời dƣới dạng cỏc đỏm mõy điểm ảnh, sau đú tiến hành xử l dữ liệu quột thụng qua phần mềm Rapid Form XOR thiết lập mụ hỡnh bề mặt 3D B-Spline mụ phỏng cơ thể ngƣời [13].
Bản vẽ 3D trong nghiờn cứu này tụi thừa kế kết quả nghiờn cứu: ”Xõy dựng mụ hỡnh 3D mụ phỏng hỡnh dạng, cấu trỳc và kớch thước cơ thể trẻ em nam lứa tuổi tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội” của tỏc giả Nguyễn Quốc Toản – học
Hỡnh 2.1 Mụ hỡnh 3D mụ phỏng cơ thể học sinh tiểu học
viờn cao học khúa 2009-2011 và nhúm nghiờn cứu do PGS. TS Phan Thanh Thảo chủ trỡ, Trƣờng Đại học Bỏch khoa Hà Nội [10].
2.3.1.3. Chuẩn bị phụi gia cụng
- Khi lựa chọn đƣợc nguyờn liệu là gỗ mớt để gia cụng ta tiến hành chuẩn bị phụi gỗ, để tớnh kớch thƣớc khối gỗ bỏn thành phẩm để gia cụng phải dựa vào kớch thƣớc của mẫu ma-nơ-canh 3 D (hỡnh 2.1).
- Kớch thƣớc phụi gỗ đƣợc tớnh nhƣ sau (Hỡnh 2.2) [1]:
A (Chiều cao gỗ) = Số đo khoảng cỏch giữa hai mặt phẳng thiếp xỳc với phần nhụ cao nhất của thõn sau và phần nhụ cao nhất của thõn + 5 mm
B (Chiều rộng gỗ) = Số đo rộng vai + 5 mm C (Chiều dài gỗ) = Số đo chiều dài thõn + 50 mm
Hỡnh 2.2. Sơ đồ vị trớ đo kớch thước khối gỗ bỏn thành phẩm
2.3.1.4. Lập trỡnh chuẩn bị gia cụng
Nguyờn cụng lập trỡnh trờn mỏy phay CNC là nguyờn cụng rất quan trọng nú ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng của khuụn dƣơng ma-nơ-canh. Để tiến hành lập trỡnh cần thực hiện qua cỏc bƣớc cơ bản sau:
Bước 1: Xõy dựng mụ hỡnh khối gỗ trờn phầm mềm Solidworks
- Xõy dựng mụ hỡnh khối gỗ trờn phầm mềm Solid works: + Nhập dữ liệu ma-nơ-canh 3D vào phần mềm Solid works.
+ Tạo phụi để phay thõn sau và thõn trƣớc trờn phần mềm Solid works.
C
B A
Hỡnh 2.3. Hỡnh ảnh phụi hoàn chỉnh trờn phần mềm Solid Works
- Xuất file từ phần mềm Solid Works sang định dạng file STEP là định dạng chuẩn cho mỏy phay CNC.
Bước 2: Lập trỡnh trỡnh đ gia cụng
- Nhập dữ liệu phụi vào phần mềm CATIA để lập trỡnh gia cụng CNC. THIẾT LẬP CÁC THễNG SỐ GIA CễNG TRấN PHẦN MỀM CATIA:
- Phay thụ: + Tốc độ vũng quay trục chớnh S = 1500 vũng/phỳt + Tốc độ bàn mỏy F = 1500 một phỳt + Chiều sõu cắt t = 3 mm + Dao phay ngún đƣờng kớnh D = 25 + Lƣợng dƣ gia cụng 2 mm - Phay tinh: + Tốc độ vũng quay trục chớnh S = 1800 vũng phỳt + Tốc độ bàn mỏy F = 1600 một phỳt