Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CADCAM (catia) thiết kế và chế tạo mẫu đúc dùng cho các doanh nghiệp đúc gang

Với đề tài " Ứng dụng phần mềm CAD/CAM CATIA thiết kế và chế tạo mẫu đúc dùng cho các doanh nghiệp đúc gang" tác giả mong muốn góp một phần giúp các doanh nghiệp đúc gang tại Thái Nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-TRẦN QUỐC HOÀN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM (CATIA)

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẪU ĐÚC DÙNG CHO CÁC DOANH NGHIỆP ĐÚC GANG

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

1 TS Hoàng Văn Điện

2 PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp

Hà Nội – Năm 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong Luận văn là dobản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TSNguyễn Viết Tiếp và TS Hoàng Văn Điện Ngoài phần tài liệutham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm làtrung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nàokhác

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2010

Người thực hiện

Trần Quốc Hoàn

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc áp dụng nhữngtiến bộ khoa học kỹ thuật trong tất cả các lĩnh vực sản xuất nhằm giảm thiểu tối đaphế phẩm, các công đoạn không cần thiết, tiết kiệm nhân lực, vật tư và tạo ra đượcsản phẩm chất lượng cao với giá thành rẻ Là mục tiêu mọi doanh nghiệp đềuhướng tới

Công nghệ đúc nói chung và công nghệ đúc trong khuôn cát nói riêng được sửdụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy Hiện nay trên thế giới kỹ nghệ đúc kimloại vẫn phát triển, đã có nhiều phương pháp đúc tiên tiến ra đời Tuy nhiên phươngpháp đúc trong khuôn cát vẫn được dùng phổ biến để chế tạo phôi Việc nghiên cứu ứngdụng các công nghệ hiện đại vào trong quá trình sản xuất đúc vẫn đang được các nhà sảnxuất quan tâm nhằm tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm

Với đề tài " Ứng dụng phần mềm CAD/CAM (CATIA) thiết kế và chế tạo mẫu đúc dùng cho các doanh nghiệp đúc gang" tác giả mong muốn góp một

phần giúp các doanh nghiệp đúc gang tại Thái Nguyên, đặc biệt là các doanhnghiệp đúc gang vừa và nhỏ, ứng dụng được công nghệ cao vào thực tế sản xuấtnhằm nâng cao tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp trong xu thế hội nhập hiệnnay

Trong thời gian thực hiện được đề tài, tác giả đã nhận được sự quan tâmrất lớn của Nhà trường, Khoa Đào tạo sau đại học, các doanh nghiệp, cácthầy cô giáo và các đồng nghiệp

Tác giả xin trân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa đào tạo sau đại họctrường đại học Bách khoa Hà Nội; Ban Giám hiệu, khoa Cơ khí trường Caođẳng Cơ khí luyện kim đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trìnhhọc tập

Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, TS Hoàng Văn Điện - Hiệu

trưởng trường đại học Công nghiệp Hà Nội, đã tận tình hướng dẫn trong quátrình thực hiện Luận văn này.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn thày, cô giáo, các bạn đồng nghiệp, cácdoanh nghiệp đúc gang tại Thái Nguyên, các đơn vị sản xuất mà tác giả đãđến khảo sát và làm thực nghiệm: Viện Nghiên cứu phát triển CNC vềKTCN- Đại học Thái Nguyên, Công ty phụ tùng máy số 1 – Thái Nguyên,công ty THHH Nhà nước một thành viên Diesel Sông Công, doanh nghiệp tưnhân cơ khí gang Hùng Vỹ đã tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện đềtài

Mặc dù đã cố gắng, song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nênchắc chắn Luận văn này không tránh khỏi thiếu sót Tác giả rất mong sẽ nhậnđược những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để Luậnvăn được hoàn thiện hơn và có ý nghĩa trong thực tiễn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 10 năm 2010

Người thực hiện

Trần Quốc Hoàn

MỤC LỤC

Trang

Chương 1 – TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT VÀ

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẪU ĐÚC 1.1 Tổng quan về công nghệ đúc bằng khuôn cát 141.1.1 Giới thiệu chung

1.1.2 Công nghệ đúc bằng khuôn cát

1.1.3 Quy trình công nghệ đúc bằng khuôn cát

1.1.4 Các phương pháp làm khuôn cát

14141516 1.2 Tổng quan về mẫu đúc và công nghệ chế tạo mẫu 231.2.1 Yêu cầu:

1.2.2 Vật liệu làm mẫu

1.2.3 Thiết bị dùng chế tạo mẫu

1.2.4 Lượng dư và các lưu ý công nghệ

1.2.5 Kết cấu mẫu đúc

23232829321.3 Khảo sát công nghệ đúc của một số doanh nghiệp đúc gang tại

2.1.1 Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD)

2.1.2 Sản xuất với trợ giúp của máy tính (CAM)

3537

2.1.3 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM.

2.1.4 Vai trị của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất

2.1.5 Thiết kế và gia cơng tạo hình

404142

2.2.1 Thanh công cụ và menu:

2.2.2 Cấu trúc cây:

2.2.3 Thiết lập cấu hình

2.2.4 Cơng cụ vẽ phác đối tượng - Sketch

2.2.5 Cơng cụ thiết kế chi tiết PART DESIGN

2.2.6 Lập trình gia cơng CNC - Ứng dụng trong gia cơng mẫu

2.2.7 Xuất chương trình NC điều khiển máy gia cơng

47484952626474

Chương 3 - ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA THIẾT KẾ VÀ CHẾ

TẠO MẪU ĐÚC

81

3.1 Một số chi tiết được đúc phổ biến ở một số doanh nghiệp 81

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT

CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo toạ độ 3 chiều

RE Reverse engineering Kỹ thuật tái tạo ngược

VMC vertical machining center Trung tâm gia công đứng

CAD Computer Aided Design Thiết kế với trợ giúp của máy

tính

CAM Computer Aided Manufacturing Sản xuất có trợ giúp của máy

tínhCNC Computer Numerical Control Điều khiển số bằng máy tính

CIM Computer Intergrated

Manufacturing

Sản xuất tích hợp với sự trợgiúp của máy tính

CAP Computer Aided Planning Lập kế hoạch sản xuất có trợ

giúp của máy tính

MRP Manufacturing Resource Planning Cách thức Lập kế hoạch sản

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.10 Qui trình chế tạo mẫu đúc của các DN đúc gang 33

Hình 2.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM 41

Hình 2.3 Qui trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền

Hình 3.1 Một số chi tiết được đúc tại các DN ở Thái Nguyên 81

Hình 3.3 Bản vẽ kỹ thuật của chi tiết do khách hàng cung cấp 84

Hình 3.9 Mô Phỏng quá trình phay thô 88

Hình 3.11 Mô phỏng quá trình phay vét (Gia công lại) 89

Hình 3.15 Mẫu đúc được gia công trên máy Phay CNC 91Hình 3.16 Ứng dụng sản phẩm của đề tài trong sản xuất 92

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

CAD/CAM - Thiết kế và gia công với sự trợ giúp của máy tính Cùng với

sự phát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanhchóng trong công nghiệp vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sảnphẩm có thể thay đổi mẫu mã hoặc lựa chọn phương án gia công tối ưu một cáchnhanh chóng, chính xác và linh hoạt

Khái niệm CAD/CAM dù đã có từ rất lâu nhưng vẫn đang tiếp tục đượcphát triển và mở rộng Ban đầu CAD và CAM được sử dụng độc lập để mô tảviệc lập trình bộ phận với sự trợ giúp của máy tính và các bản vẽ, đồ họa Trongnhững năm gần đây, hai khái niệm này được nối kết với nhau để tạo ra kháiniệm thống nhất CAD/CAM, biểu diễn một phương pháp tích hợp máy tínhtrong toàn bộ quá trình sản xuất bao trùm cả hai khâu thiết kế và sản xuất Cụthể trong pha thiết kế bao gồm toàn bộ các hoạt động liên quan đến các dữ liệu

kỹ thuật như bản vẽ, các mô hình, các phần tử hữu hạn, bản ghi các chi tiết và kếhoạch, thông tin chương trình NC Trong khâu sản xuất, các ứng dụng của máytính bao trùm trong lập kế hoạch quá trình, điều độ sản xuất, NC, CNC, quản lýchất lượng và lắp ráp

Nghề đúc ra đời cách đây khoảng sáu ngàn năm, được coi như là sự kết hợpkhéo léo giữa đồ gốm và nghệ thuật luyện kim Đúc trong khuôn cát là mộtphương pháp tạo hình đã lâu đời, nhưng cho tới nay nó vẫn chiếm vị trí quantrọng trong kỹ nghệ đúc: 90% sản lượng vật đúc của thế giới sản xuất bằngkhuôn cát, phần còn lại do khuôn kim loại và các dạng đúc đặc biệt khác Khuôncát được dùng nhiều vì dễ chế tạo, rẻ, vốn đầu tư ít Hơn nữa khuôn cát lại rấtvạn năng, có thể đúc vật nhỏ từ 10g cho tới vật lớn có khối lượng hàng trăm tấn,

có thể dùng đúc bất kỳ hợp kim nào: thép, gang, đồng thanh, đồng thau, nhôm,hợp kim niken, hợp kim nhôm, magê

Với chủ trương của Nhà nước về phát triển khu công nghiệp Gang thép TháiNguyên, bước vào thời kỳ đổi mới, đã có nhiều doanh nghiệp đúc gang xung

quanh khu Gang thép ra đời Tuy nhiên, các doanh nghiệp ở đây chủ yếu đúc cácsản phẩm yêu cầu độ chính xác thấp, phục phụ các ngành giao thông, xây dựngvv Khi đúc các mặt hàng xuất khẩu các doanh nghiệp gặp rất nhiều khó khăn

vì khách hàng nước ngoài yêu cầu sản phẩm đúc phải có mẫu mã đẹp, đồng đều,

có độ chính xác cao, sản lượng lớn Việc ứng dụng các tiến bộ khoa học côngnghệ trong việc thiết kế và chế tạo mẫu đúc cũng như việc cải tiến quy trình làmkhuôn cho các doanh nghiệp là rất cần thiết

CATIA là bộ sản phẩm hoàn chỉnh nhất của hãng Dassault systemes do IBMchịu trách nhiệm phân phối, nó có khả năng thiết kế, phân tích kết cấu, lập trình

và gia công CNC Bao gồm nhiều Module phục vụ cho toàn bộ quá trình thiết

kế, tính toán tối ưu và gia công trong lĩnh vực cơ khí Những năm gần đây, đã cónhiều doanh nghiệp ở Việt Nam sử dụng Catia vào quá trình thiết kế và chế tạosản phẩm vì tính năng ưu việt của nó

Trên thế giới và trong nước, đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu sâu

về công nghệ CAD/CAM - CNC, công nghệ đúc khuôn cát và đã thu được nhiềuthành tựu đột phá Tuy nhiên trong điều kiện Việt Nam hiện nay, việc nghiêncứu ứng dụng vào thực tế sản xuất là hết sức quan trọng Trong luận văn này tácgiả chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/CAM vào thiết

kế và chế tạo mẫu đúc, một công đoạn quan trọng, quyết định đến chất lượng, độchính xác hình học, khối lượng, hình dáng vật đúc và năng suất sản xuất đúc

Vì vậy, Ứng dụng công nghệ CATIA trong thiết kế và chế tạo mẫu đúc mangmột ý nghĩa thực tiễn rất lớn, giúp doanh nghiệp nâng cao sức cạnh tranh trong

xu thế hội nhập, đặc biệt là các doanh nghiệp vừa và nhỏ

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a Ý nghĩa khoa học:

Đề tài phù hợp với xu hướng phát triển của khoa học và công nghệCAD/CAM - CNC, công nghệ thiết kế, chế tạo mẫu đúc Đóng góp thêm cơ sở lýluận cho việc khai thác ứng dụng công nghệ CAD/CAM vào thực tế sản xuất

b Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài đã được ứng dụng vào thực tế sản xuất tại một số doanh nghiệp đúcgang tại Thái Nguyên, đáp ứng được nhu cầu ứng dụng công nghệ cao vào sản xuấtnhằm tăng năng suất, chất lượng và giảm giá thành của các xưởng đúc gang Quathực tế triển khai, bước đầu đã giúp được một số doanh nghiệp đúc gang vừa và nhỏnâng cao được năng suất lao động, giảm được tỷ lệ phế phẩm, đặc biệt nhóm phếphẩm do sai số hình dáng, lệch, sai trọng lượng, sai kích thước

3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia trong thiết kế và chế tạo mẫu đúc có

độ chính xác cao dùng trong đúc khuôn cát, sử dụng cho các doanh nghiệp đúcvừa và nhỏ nhằm nâng cao độ chính xác về hình dáng, kích thước, trọng lượngvật đúc

Đề tài giới hạn trong việc ứng dụng phần mềm Catia vào thiết kế và chế tạomẫu đúc, sử dụng cho một số doanh nghiệp đúc gang

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm nhưng chủ yếu làthực nghiệm

* Đối tượng nghiên cứu: Sản phẩm mẫu đúc có hình dáng hình học phức tạp.

* Thiết bị thực nghiệm:

+ Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544 ;+ Trung tâm gia công VMC - 85S ;+ Phần mềm CATIA;

+ Các phần mềm đo, xử lý dữ liệu, thiết kế CAD/CAM và truyền dữliệu DNC

5 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ CAD/CAM - CNC

- Nghiên cứu tổng quan về công ngệ đúc khuôn cát

- Khảo sát tình hình thiết kế, chế tạo mẫu đúc của các doanh nghiệp đúcgang vừa và nhỏ tại Thái Nguyên.

- Nghiên cứu khai thác phần mềm Catia thiết kế, lập trình gia công mẫu đúcmột chi tiết cụ thể

- Gia công chế tạo mẫu đúc

- Triển khai ứng dụng trong sản xuất; đánh giá tình hình sử dụng mẫu đúcmới trong sản xuất của doanh nghiệp

PHẦN NỘI DUNG

Chương 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ĐÚC KHUÔN CÁT

VÀ THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẪU ĐÚC

1.1 Tổng quan về công nghệ đúc bằng khuôn cát

1.1.1 Giới thiệu chung

Công nghệ đúc là công nghệ chế tạo sản phẩm bằng phương pháp rót vật liệu ởdạng chảy lỏng vào khuôn để tạo ra sản phẩm có hình dạng theo khuôn mẫu Đaphần công nghệ đúc thực hiện với các vật liệu kim loại

Công nghệ đúc được chia thành hai loại chính: Đúc thông thường và Đúc đặcbiệt

Đúc thông thường: Là công nghệ có từ cổ xưa, đúc thông thường được thực

hiện với các khuôn cát

Đúc đặc biệt: Là phương pháp khác đúc thông thường, đúc đặc biệt có sự khác

biệt về nguyên liệu và công nghệ làm khuôn, cách điền đầy và tạo hình vật đúc

Đúc đặc biệt thường sử dụng khuôn kim loại Thường có các dạng: Đúc trongkhuôn kim loại, Đúc áp lực, Đúc ly tâm, Đúc liên tục và một số công nghệ đúc đặcbiệt khác

1.1.2 Công nghệ đúc bằng khuôn cát

Đúc khuôn cát có thể nói là một phương pháp đúc truyền thống Với vật liệuchủ yếu là cát, chất phụ gia đi kèm có thể tạo nên tên gọi riêng cho từng phươngpháp riêng biệt Sau đây là các phương pháp đúc khuôn cát

1.1.2.1 Công nghệ đúc khuôn cát tươi

Khuôn cát tươi được dùng đầu tiên trong công nghệ khuôn cát Vật liệu để làmkhuôn là cát + sét + nước Khuôn cát tươi có đặc điểm dễ sử dụng, bề mặt vật đúc

sẽ mịn nếu cỡ hạt cát áo nhỏ Nhưng do trong quá trình làm khuôn cần phải đánh

động mẫu để thoát mẫu, nên sản phẩm đúc sẽ có độ dôi gia công lớn Đặc biệt dây

chuyền khuôn tươi đã được tự động hoá như dây chuyền DISAMATIC tại Công ty

cơ khí Đông Anh – hoàn toàn tự động

1.1.2.2 Công nghệ khuôn khô

Trong công nghệ khuôn khô thì nếu như khuôn tươi được đem sấy trong lò sấykhoảng 5h trước khi rót cũng được gọi là một loại khuôn khô.Ngoài ra còn có công nghệ khuôn cát nước thuỷ tinh đóng rắn bằng khí cacbonic.Nước thuỷ tinh hay còn gọi là dung dịch silicat natri được trộn vào cát rồi đem giãkhuôn Sau khi khuôn đã giã xong thì xịt khí cacbonic để khuôn rắn lại Đó là dophản ứng hoá học giữa silicat natri và khí cacbonic và nước ( phản ứng giữa kiềm

và axit) Công nghệ khuôn cát nước thuỷ tinh dễ làm, dễ sử dụng, sản phẩm có độdôi gia công ít hơn, khuôn rắn chắc đã được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các

công ty đúc trên toàn quốc Chỉ có nhược điểm là vấn đề tái sinh cát là phải lưu ý.

1.1.2.3 Công nghệ khuôn mẫu cháy

Đây là công nghệ thuộc vào hàng mới hơn so với phương pháp truyền thống

Để đúc 1 sản phẩm, chúng ta cần chế tạo sản phảm đó bằng polyesteron, sau đó chovào khuôn và đổ cát khô vào, kết hợp với việc hút chân không, khuôn sẽ cứng vững.Khi rót kim loại vào khuôn, mẫu Polyesteron sẽ cháy và kim loại lỏng điền đầykhuôn, công nghệ này cũng đang được ứng dụng tại nhiều doanh nghiệp đúc vừa vànhỏ ở nước ta, như Viện Công nghệ Hà Nội, Cơ khí Duyên Hải, Hải phòng ,

1.1.2.4 Công nghệ khuôn cát nhựa

Đây là công nghệ mới với cát đã được nhà máy xử lý bao bọc 1 lớp nhựa Khisản xuất đem trộn cát với axit formaldehit, sẽ được khuôn cát nhựa đóng rắn nguội,hoặc khuôn cát đem nung nóng sẽ được khuôn cát nhựa đóng rắn nóng

1.1.2.5 Công nghệ Furan

Đây là dây chuyền công nghệ mà các công ty Nhật bản ưa chuộng vì cát sẽđược trộn với nhựa Furan và axit, khuôn sẽ đóng rắn rất tốt, sản phẩm có độ nhẵnbóng bề mặt nhưng vấn đề khó khăn là ô nhiễm môi trường làm việc vì mùi nhựaFuran rất độc

1.1.3 Quy trình công nghệ đúc bằng khuôn cát

Quá trình đúc được biểu diễn theo sơ đồ sau:

Hình 1.1 Sơ đồ quá trình đúc khuôn cát

1.1.4 Các phương pháp làm khuôn cát

Đúc trong khuôn cát chiếm tỷ lệ khá cao (trên 80%) trong sản xuất đúc Khuôn

đúc là nhân tố quan trong quyết định chất lượng của vật đúc Thường 50 ÷ 60% phế phẩm vật đúc là do khuôn đúc gây ra Vì vậy việc tuân thủ yêu cầu kỹ thuật làm

khuôn và lõi là một trong những nhiệm vụ của người làm kỹ thuật đúc

Tuỳ theo sản lượng của vật đúc, mức độ cơ khí hoá của xưởng đúc, việc làmkhuôn và lõi có thể được tiến hành theo một trong những hình thức sau:

Nhiên liệu

Lò

đúc

Nguyên liệu Kim loại

đúc

Hộp lõi

Làm khuôn Làm lõi Nấu kim loại

những vật đúc phức tạp) Thích hợp khi chế tạo các vật đúc cực lớn hoặc rất phứctạp về kết cấu.

Có nhiều phương án làm khuôn bằng tay như: Làm khuôn trên nền đất, làmkhuôn trong hai hoặc nhiều hòm khuôn, làm khuôn bằng dưỡng gạt, làm khuônbằng mẫu có phần rời, làm khuôn không hòm… nhưng quá trình làm khuôn thườngvẫn theo một trình tự gồm các thao tác sau: giã khuôn, tạo hệ thống thoát hơi, lấymẫu ra khỏi khuôn, sửa khuôn, lắp ráp khuôn

Làm khuôn trong hai hòm khuôn

Hình 1.2 Làm khuôn trong hai hòm

Làm khuôn trên: Đặt mẫu và hòm khuôn lên tấm phẳng, rắc cát áo phủ lên mẫu

sau đó rắc cát đệm và đầm chặt lần thứ nhất, đổ thêm cát đệm đầm chặt và gạtphẳng mặt trên Xăm lỗ thoát hơi, quay hòm khuôn 1800 sửa chữa các chỗ thiếu vàchữa lại các mép quanh mẫu

Làm khuôn dưới: Đặt hòm khuôn lên trên hòm khuôn dưới và rắc lớp bột cách,

đặt ống rót và rắc lớp cát áo, đổ lớp cát đệm và đầm chặt lần thứ nhất, đổ thêm cátđệm và đầm chặt lần thứ hai, gạt phẳng và xăm lỗ thông hơi Nâng hòm khuôn trên,khoét máng dẫn, quết nước quanh mép mẫu, rút mẫu ra

a

c )

d )

1.1.4.2 Làm khuôn trên nền xưởng

Hình 1.3 Làm khuôn trên nền xưởngPhương pháp này dùng rất phổ biến trong sản xuất đơn chiếc đối với vật đúctrung bình và lớn khi thiếu hòm khuôn có kích thức cần thiết

Quá trình làm khuôn trên nền xưởng: Trên nền xưởng đào lỗ có chiều sâu lớn

hơn chiều cao của mẫu khoảng 300 ÷ 400mm; đầm chặt đáy lỗ rồi đổ một lớp xỉhoặc sỏi dày 150 ÷ 200mm Để tăng độ thoát khí, đặt hai ống nghiêng dẫn khí rangoài, đổ lớp cát đệm sau đó đổ cát áo và đầm chặt một ít; ấn mẫu xuống để mặtphân khuôn của mẫu trùng với mặt aa (mặt bằng của nền xưởng) Rắc lớp bột cách

và đặt hòm khuôn lên, cố định vị trí của hòm bằng chốt gỗ sát vào thành hòm, đặt

hệ thống rót và đậu ngót sau đó đổ vật liệu làm khuôn để làm khuôn trên, nhấc hòmkhuôn trên và cắt máng dẫn, rút mẫu ra và lắp khuôn trên vào, đặt cốc rót và cốcđậu hơi, đặt tải trọng đè và rót kim loại

1.1.4.3 Làm khuôn bằng dưỡng gạt

Làm khuôn bằng dưỡng gạt là cách làm khuôn không dùng mẫu, chỉ cần mộttấm gỗ để gạt lớp cát khuôn đã giã chặt Dưỡng chuyển động theo một quỹ đạo nhấtđịnh để tạo hình mặt khuôn

Phương pháp này thích hợp khi chế tạo các chi tiết tròn xoay và đôi khi dùng chế tạocác chi tiết đúc có đường kính lớn mà máy tiện cụt không gia công được mẫu

Làm khuôn bằng dưỡng gạt có nhiểu kiểu, tùy theo hướng chuyển động củadưỡng Có thể dùng dưỡng tạo hình toàn bộ khuôn đúc cũng có thể dùng dưỡng tạohình một phần lỗ khuôn, phần còn lại phải dùng mẫu.

Hình 1.4 Làm khuôn bằng dưỡng gạtLàm khuôn bằng dưỡng quay thẳng đứng là kiểu phổ biến nhất của cách làmkhuôn bằng dưỡng Thiết bị làm khuôn bằng dưỡng gạt gồm có: bệ bằng gang 6 cókhoan lỗ để lồng trục 1 và có lỗ 7 để bặt bulông lên tấm đỡ khi cần thiết Trục đứng

1 làm bằng thép tròn trên đầu có khoan lỗ 2 để móc vào cần trục, tay quay bằnggang 3 và vòng định cữ chiều cao 5 Để kiểm tra độ ngang phẳng của tay quay dùngnivô 4

Quá trình làm khuôn bằng dưỡng gạt: Để chế tạo chi tiết, dùng dưỡng gạt là hai

tấm gỗ có đường lõm là đường sinh mặt trong và mặt ngoài của chi tiết, để đượclòng khuôn đúng như chi tiết cần có mẫu phụ nan hoa và moayơ Dùng dưỡng gạtlắp trên trục đứng và quay quanh nó để gạt hỗn hợp làm khuôn đã được nén chặttrước, kết quả cho ta hình dáng mặt ngoại của chi tiết Lắp mẫu phụ vào trục quay,đặt hệ thống rót và đậu ngót rồi đặt hòm khuôn trên lên để làm khuôn trên Để hỗnhợp làm khuôn không bị dính có thể dùng bột cách hoặc giấy phủ lên mặt phânkhuôn Sau khi lấy hòm khuôn trên ra, thay dưỡng gạt, quay quanh trục, đến khi nàochạm mặt đáy của mẫu phụ Kết quả cho ta mặt trong của chi tiết

Hình ……

Thiết bị quay dưỡng1- Trụ lắp dưỡng2- Lỗ móc dây3- Cần gá dưỡng4- Nivô

5- Vòng cữ6- Đế7- Lỗ bắt bulông

1.1.4.4 Làm khuôn bằng máy dằn ép

Hình 1.5 Máy dằn épLàm khuôn bằng máy là cơ khí hóa toàn bộ quá trình làm khuôn hoặc một sốnguyên công cơ bản như đầm chặt, rút mẫu … Làm khuôn bằng máy khắc phụcđược các khuyết điểm của Phương pháp làm khuôn bằng tay nghĩa là nhận được vậtđúc có chất lượng tốt, năng suất cao gấp vài chục lần nhưng chỉ làm khuôn bằngmáy trong những trường hợp sau:

- Chỉ dùng mẫu để làm khuôn không dùng dưỡng gạt được Thường dùng hòmkhuôn chứ không làm khuôn trên nền xưởng, không làm trong ba hoặc nhiều hòmkhuôn, chỉ dùng một loại vật liệu làm khuôn (không dùng riêng cát áo và cát đệm).Làm khuôn bằng máy chỉ dùng cho sản xuất hàng loạt hoặc hàng khối

Làm khuôn bằng máy dằn ép:

Sơ đồ làm khuôn trên máy vừa dằn vừa ép trình bày trên hình 1.6 Mẫu 2 vàhòm khuôn 3 lắp trên bàn máy 1 Chày ép 9 cùng xà ngang quay khỏi vị trí trênhòm khuôn Sau đó đổ đầy hỗn hợp làm khuôn (hoặc thêm hòm khuôn phụ) Khí éptheo rãnh 4, 5 vào xi lanh 8 và đẩy pittông 6 cùng bàn máy đi lên, khi lỗ khí 7 hở ra,khí ép thoát ra ngoài, bàn máy lại rơi xuống

Quá trình này thực hiện giai đoạn dằn như máy dằn Sau khi dằn xong, quaychày ép về vị trí trên hòm khuôn, đóng cửa vào rãnh 4, mở rãnh 10, khí ép sẽ nâng

pittông 8 cùng toàn bộ pittông 6 và bàn máy đi lên để thực hiện quá trình ép Sau đóquay chày ép để tiến hành lấy hòm khuôn ra, làm khuôn khác.

Độ đầm chặt hỗn hợp là khuôn bằng phương pháp này tương đối đều

Hình 1.6 Sơ đồ Máy vừa dằn vừa ép

QUY TRÌNH LÀM KHUÔN TRÊN MÁY DẰN ÉPNguyên

- Xiên lỗ thoát hơi

4

- Lật hòm khuôn trên, lấy mẫu

và các bộ phận mẫu của hệthống rót ra khỏi khuôn

- Sử dụng máy rung tấm mẫu đểrút mẫu ra khỏi khuôn

- Lắp hòm khuôn trên vào vị trí.Định vị hòm khuôn

- Rút khuôn

5

Chuyển hòm khuôn tới vị trí chờrót

1.2 Mẫu đúc và công nghệ chế tạo mẫu

1.2.1 Yêu cầu:

Mẫu đúc là loại dụng cụ chính trong quá trình đúc Chất lượng của vật đúcphụ thuộc rất lớn vào vật liệu, thiết kế và kết cấu của mẫu đúc Giá thành của mẫuđúc và các thiết bị liên quan ảnh hưởng đến giá thành của vật đúc Việc sử dụngmẫu đúc và các thiết bị liên quan ảnh hưởng đến giá thành của vật đúc Việc sửdụng mẫu đúc có giá thành cao chỉ thực sự có ý nghĩa khi số lượng vật đúc thực sựlớn Khi chỉ cần một vài vật đúc chúng ta có thể sử dụng mẫu đúc làm bằng gỗ nhẹ.Khi cần sản xuất một lượng lớn vật đúc và cần lặp lại ta có thể dùng mẫu đúc kimloại hoặc nhựa Epoxy và được lắp trên tấm mẫu để làm khuôn trên máy

Cần nhiều công việc chuẩn bị trước khi người thợ chế tạo mẫu đúc bắt đầusản xuất mẫu bao gồm quyết định:

- Chủng loại và hình thức vật liệu sẽ sử dụng

- Chủng loại mẫu để phù hợp với phương pháp làm khuôn

- Chuẩn bị hộp thao

- Các chi tiết kế cấu, bao gồm các miếng ghép, đầu gác thao

- Cân nhắc liên quan đến lượng dư sẽ sử dụng

- Phương pháp rót và điền đầy kim loại sẽ thực hiện

- Chuẩn bị các phụ trợ khác

Thiết kế và chế tạo mẫu có vai trò rất quan trọng trong sản xuất đúc Thiết kếmẫu phải được thể hiện trên bản vẽ không gian 3 chiều, vẽ nên được sự sắp xếp củacác bộ phận và cuối cùng chế tạo đồng bộ mẫu với ống rót, rãnh dẫn

1.2.2 Vật liệu làm mẫu.

Sự lựa chọn vật liệu làm mẫu phụ thuộc một số yếu tố chính sau:

- Yêu cầu cung cấp, nghĩa là số lượng, chất lượng và tính phức tạp của vậtđúc, thành dày tối thiểu, mức độ chính xác và hoàn thiện yêu cầu

- Khả năng thay đổi thiết kế

- Định kiểu sản xuất vật đúc, và định kiểu làm khuôn và thiết bị sẽ sử dụng

- Khả năng lặp lại của đơn hàng.

Để phù hợp với việc sử dụng, vật liệu làm mẫu cần phải:

- Dễ gia công, đẽo gọt và ghép nối

- Trọng lượng nhẹ để dễ dàng chuyển dịch bằng tay và làm việc

- Dễ sửa chữa và có thể sử dụng lại

- Có khả năng đạt được chất lượng bề mặt tốt

Các loại vật liệu dùng để chế tạo mẫu đúc có thể phân loại: gỗ và các sản phẩm từ

gỗ, kim loại và các hợp kim, thạch cao, nhựa, cao su và các loại sáp

1.2.2.1 Gỗ và các sản phẩm từ gỗ

Gỗ là loại vật liệu thông dụng nhất dùng để chế tạo mẫu đúc bởi nó đáp ứngđược nhiều trong số các yêu cầu đã nêu trên Gỗ dễ gia công, đẽo gọt, ghép nối đểhình thành bất kỹ một hình khối nào, trọng lượng nhẹ dễ tìm, giá rẻ hơn các vật liệukhác Tuy nhiên mặt hạn chế của gỗ là nhậy cảm với độ ẩm, tạo nên co giãn, congvênh, độ bền thấp và khả năng chịu tác động của thời tiết không cao

Gỗ chứa 50 - 60 % xenlulô 20 - 35 % linhin Một lượng nhở hơn củacacbonhydrat như: Pentosan, nhựa gôm, khoáng chất Lớp tế bào có độ ngậm nướccao vì phần tử chủ yếu, xenlulô bao gồm hàng loạt nhóm hydroxit mà ngậm nhiềunước Khi gặp hơi nước, lớp tế bào hấp thụ một lượng lớn hơi nước và nở ra Đặctính này của gỗ làm giảm độ cứng chắc của gỗ và gây nên sự không ổn định về kíchthước

Xử lý gỗ:

Để chống lại sự co giãn quá mức, gỗ cần được xử lý trước khi sử dụng nó

Xử lý gỗ nhằm làm giảm thiểu sự dao động của độ ẩm bằng cách điều chỉnh hàm

lượng hơi nước trong gỗ càng gần tới giới hạn bình thường của môi trường càng tốt.Chính xác hơn, gỗ được xử lý để làm cho nó:

- Ổn định về kích thước;

- Chắc hơn và nhẹ hơn;

- Chống mục nát;

- Để bảo quản, sơn hoặc đánh bóng

Xử lý gỗ có thể được thực hiện bằng phương pháp tự nhiên hoặc nhân tạo.Khi xử lý tự nhiên, gỗ được xếp đống ngoài trời để hong khô tự nhiên Phương phápkhác là ngâm ngập gỗ trong dòng nước, nhờ đó mà phần lớn nước trong gỗ đượctách ra và rửa trôi; sau đó để khô trong không khí một thời gian không dài

Trong phương pháp xử lý gỗ nhân tạo, gỗ được xếp trong lò sấy và được sấykhô bằng luồng không khí nóng thổi qua các kênh dẫn khí Thường thì không khíđược nung nóng bằng hơi chạy trong các ống Nhiệt độ và độ ẩm trong lò sấy đượckhống chế chính xác để ngăn cho gỗ không bị phế phẩm do bị rạn nứt hoặc bị cháy

Một phương pháp khác trong xử lý gỗ nhân tạo là phương pháp xử lý dùngđiện, một lượng lớn các chủng loại gỗ bị tác động mạnh của dòng điện tần số cao,như vậy lượng nước sẽ giảm xuống mức mong muôn chỉ trong vài phút Phươngpháp sử dụng hoá chất cũng được dùng để xử lý gỗ

Một số loại gỗ thường được dùng để xử lý gỗ: Thông thường các loại gỗ

thường được dùng để chế tạo mẫu đúc bao gồm: Thông, gụ, tếch, cây óc chó, gỗnghiến, Gỗ thông được sử dụng vì mềm dễ gia công, nhẹ, ổn định, có thể đạtchất lượng bề mặt tốt Gỗ gụ cứng, rất chắc, có độ ổn định cao sau khi xử lý, chấtlượng bề mặt mẫu rất tốt

Ngày nay, người ta còn sử dụng loại mẫu gỗ có phun một lớp kim loại mỏngtrên bề mặt để tăng độ bền và chất lượng bề mặt mẫu

1.2.2.2 Kim loại và các hợp kim

Mẫu kim loại được sử dụng khi sản xuất lặp đi lặp lại với số lượng lớn Kim loạithường được sử dụng là hợp kim nhôm, gang đúc, thép và hợp kim đồng Theo tài

liệu [ ] Sự so sánh các tính chất làm mẫu của các kim loại được thể hiện trong bảngsau:

Bảng 1.1 Đặc tính làm mẫu của một số kim loại và hợp kim

đúc Thép Nhôm Đồng thau-Mức độ dễ kiếm được

- Xu hướng oxy hoá

- Yêu cầu gia công

- Giá thành

tốttốttốttốttốtrất nặngcaocócóthấp

tốtkhótốttốttốtrất nặngthấpcó

ít hơnthấp

tốttương đối khórất tốtrất tốttốtrất nhẹthấpkhôngkhông nhiềutrung bình

tốttốtrất tốtrất tốtrất tốtnặngthấpkhôngkhông nhiềucao

Nhìn từ bảng trên với thực tế sản xuất hiện nay ở các doanh nghiệp đúc gangtại Thái Nguyên với phương pháp làm khuôn chủ yếu trên máy dằn ép cỡ nhỏ thìvật liệu làm mẫu đúc phù hợp nhất là nhôm

1.2.2.3 Thạch cao:

Thạch cao khi trộn với một lượng nước thích hợp trong khoảng thời gian quyđịnh sẽ tạo nên một khối rắn chắc có độ bền cao, có thể tới 300 kg/cm2 Thạch caothường nở ra trong quá trình đông đặc lại, bằng cách chọn loại thạch cao có độ nởthích hợp, hoàn toàn có thể bù lại độ co của vật đúc, vì vậy không cần thiết phải tính

bổ xung riêng độ co ngót cho mẫu đúc

Thạch cao có thể được sử dụng thuận tiện cho công tác chuẩn bị cho côngviệc làm khuôn tiết theo

1.2.2.4 Nhựa và cao su

Cả hai loại vật liệu: nhựa phản ứng nhiệt và vật liệu dẻo nóng đều sử dụngđược cho việc chế tạo mẫu Trong các laọi nhựa phản ứng nhiệt, nhựa Epoxi vànhựa pôliextiren đã trở nên rất thông dụng Cao su silicon được sử dụng làm khuôndập trong các trường hợp đặc biệt

Nhựa Epoxi: Mẫu làm bằng nhựa Epoxi đã trở nên thông dụng bởi:

- Tạo hình dáng một cách dễ dàng, không cần đến việc gia công cơ khí nhiều

- Tỉ số độ bền/trọng lượng cao (5,4 so với 4,0 của các hợp kim nhôm và 1,2 củagang đúc)

- Giá thành thấp

- Khả năng chịu ảnh hưởng của thời tiết và chịu mài mòn cao

- Giảm thiểu tác động của độ ẩm

Vật liệu này ngày càng được sử dụng để làm mẫu đúc thay cho kim laọi vàhợp kim

Có 3 loại nhựa được sử dụng một cách rộng rãi:

- Nhựa lớp bọc định hình hay nhựa lớp áo bề mặt

- Nhựa cán nóng

- Nhựa đúc

Tuỳ thuộc yêu cầu sử dụng của mẫu, cả 3 loại nhựa có thể sử dụng

Hình 1.7: Phương pháp kết cấu mẫu epôxi

Nhựa Poliexte: Loại nhựa này được dùng thay thế cho nhựa epoxi vì giá

thành rẻ hơn Để sử dụng nhựa Poliexte người ta bổ xung thêm sợi phíp (FRP) đểtăng độ cứng và độ bền Hiện nay tồn tại một số chủng loại khác nhau của dòngnhựa poliexte, tiêu chí để chọn lựa dòng nào làm mẫu là:

- Khả năng có thể xử lý ở nhiệt độ thường

để dùng mẫu loại này là sử dụng nó để làm mẫu tự thiêu

1.2.2.5 Các loại sáp.

Mẫu làm bằng sáp là rất tuyệt vời cho công nghệ đúc mẫu chảy

1.2.3 Thiết bị dùng chế tạo mẫu

1.2.3.1 Máy dùng chế tạo mẫu gỗ:

Phần lớn các máy sử dụng để chế tạo mẫu cũng tương tự như máy dùngtrong công việc khác để chế tác gỗ Tuy nhiên có một số công đoạn được dùng trêncác máy chuyên dùng Một số máy hay dùng để chế tạo mẫu gỗ là:

- Máy cán, nghiền mẫu

- Máy đánh bóng (dạng đĩa, dạng ống)

- Máy mài dụng cụ

- Một số thiết bị cầm tay khác, dụng cụ đo kiểm

Hình 1.8: Máy tiện gỗ

1.2.3.2 Các loại thiết bị dùng chế tạo mẫu bằng kim loại.

Việc chế tạo mẫu bằng kim loại hoàn toàn khác với mẫu gỗ, sau khi đượcđúc chúng cần được gia công và hoàn thiện trong xưởng gia công cơ khí Cácxưởng này cần có các thiết bị thích hợp để gia công và hoàn thiện mẫu Các thiết bị

có thể được dùng để gia công mẫu bao gồm:

- Máy phay vạn năng

- Máy phay đứng, máy phay chép hình

1.2.4 Lượng dư và các lưu ý công nghệ

Lượng dư của mẫu là nét đặc trưng quan trọng nhất trong việc thiết kế mẫuđúc bởi nó ảnh hưởng đến kích thước của vật đúc Vì vậy, khi chế tạo mẫu, lượng

dư nhất định phải được xác định đối với từng kích thước cụ thể trong bản vẽ, nhưvậy vật đúc với các yêu cầu kỹ thuật cụ thể sẽ được chế tạo ra Việc xác định lượng

dư chính xác sẽ gảm lượng dư gia công do đó giảm được chi phí sản xuất và giảmđược chi phí tái sản xuất

Bảng 1.2: Độ co ngót của một số kim loại đúc chính

Kim laọi đúc Kích thước

1,5 mm nhỏ hơn đối vớimức co của thao

> 1200

14,513,0

1,5 mm nhỏ hơn đối vớimức co của thao

Đồng thiếc - 10,5 - 21 Tuỳ thuộc thành phần

Gang rèn

11,810,59,2

Tấm dày 6 mmTấm dày 9 mmTấm dày 12 mm

Tấm dày 15 mmTấm dày 18 mmTấm dày 22 mmTấm dày 25 mm

Trị số co ngót cho trên đây chỉ là trị số tham khảo, mực độ co ngót thực tếxảy ra với kim loại khi đông kết tuỳ thuộc vào một số yếu tố như:

- Thành phần kim loại, độ tinh khiết của các thành phần trong hợp kim

- Phương pháp thiết kế khuôn, phương pháp làm khuôn, vật liệu làm khuôn, khảnăng chống co của khuôn

- Nhiệt độ rót

- Hình dạng và độ phức tạp của vật đúc, kích thước vật đúc

1.2.4.2 Lượng dư gia công

Lượng dư gia công hay lượng dư cần để hoàn thiện là phần vật liệu cần đểtăng thêm trong một bộ phận cụ thể của vật đúc để gia công cơ đạt đến kích thước,chất lượng bề mặt yêu cầu Lượng dư gia công cần phụ thuộc vào:

- Phương pháp làm khuôn và phương pháp đúc

- Kích thước và hình dạng vật đúc

- Định hướng của vật đúc, lượng dư phải lớn hơn ở bề mặt phía trên của khuôn

- Đặc tính của kim loại

- Các yêu cầu về tính năng của vật đúc độc hính xác và mức độ hoàn thiện yêu cầu

Lượng dư được tra trong các sổ tay về đúc

1.2.4.3 Độ côn hay độ thoát mẫu

Độ côn hay độ thoát mẫu được người làm mẫu tạo nên trên toàn bộ bề mặtthẳng đứng của mẫu, nhờ đó mà việc rút mẫu ra khỏi khuôn được thực hiện mộtcách dễ dàng và thợ làm khuôn không cần phải đánh động mẫu quá lớn Độ thoátmẫu tuỳ thuộc vào:

- Độ dài của cạnh đứng của mẫu sẽ rút ra khỏi khuôn

- Mức độ phức tạp của mẫu đúc

- Phương pháp làm khuôn

- Vật liệu làm mẫu

1.2.4.4 Lượng dư đánh động và lắc mẫu

Khi mẫu được đánh động để dễ dàng rút ra khỏi khuôn, hốc khuôn sẽ lớnhơn một chút về mặt kích thước, điều đó cũng tăng kích thước của vật đúc Để bùlại sự tăng này, mẫu đúc phải được làm nhỏ đi một chút so với kích thước yêu cầu.Giá trị này thường được xác định theo kinh nghiệm, phụ thuộc vào phương pháplàm khuôn

- Đầu gác thao nằm ngang

- Đầu gác thao theo chiều thẳng đứng

- Đầu gác thao cân bằng

- Đầu gác thao dạng nắp vung

- Đầu gác thao dạng cánh chim

Vị trí đầu gác thao được bố trí tại vị trí hợp lý để tránh vị trí dịch chuyển hayxoay hướng Chiều dài đầu gác thao được tham khảo trong các bảng trong sổ tay vềcông nghệ đúc

1.2.5 Kết cấu mẫu đúc

Tuỳ đặc điểm chi tiết gia công mà mẫu đúc có thể được thiết kế, chế tạo liềnkhôi hay lắp ghép

1.3 Khảo sát công nghệ đúc của một số DN đúc gang tại Thái Nguyên

Một số doanh nghiệp đúc gang vừa và nhỏ ở Thái Nguyên trước đay chủ yếulàm khuôn theo phương pháp thủ công, làm khuôn trên nền xưởng

Hình 1.9: Làm khuôn thủ công trên nền xưởngPhương pháp làm khuôn này cho năng suất không cao, sai lệch nhiều, chấtlượng vật đúc không cao Mẫu đúc có thể là mẫu gỗ hoặc mẫu nhôm đúc thủ côngnên độ chính hình học và kích thước của mẫu không cao

Trong vài năm gần đây các doanh nghiệp đã chuyển dần sang đúc các chi tiếtnhỏ theo phương pháp làm khuôn trên máy dằn ép, phương pháp này đòi hỏi doanhnghiệp phải thay đổi phương pháp thiết kế và chế tạo mẫu Việc thiết kế và chế tạomẫu chỉ đảm bảo chính xác khi được thiết kế và chế tạo theo phương pháp hiện đại,

do đó việc ứng dụng CAD/CAM vào thiết kế và chế tạo mẫu là hết sức cần thiết vàcấp bách

Hình 1.10: Làm khuôn bằng máy dằn ép của các DN đúc gang ở Thái NguyênMẫu đúc thường được chế tạo theo sơ đồ sau

Hình 1.11: Qui trình chế tạo mẫu đúc của các DN đúc gang

Chi tiết mẫu

Bản vẽ chi tiết

Mẫu gỗ Mẫu nhôm đúc Sửa nguội

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1Công nghệ đúc khuôn cát vẫn chiếm một tỷ lệ lớn trong sản xuất đúc Việcthiết kế và chế tạo mẫu đúc mang một ý nghĩa vô cùng quan trọng trong sản xuấtđúc, nó quyết định đến giá thành, chất lượng vật đúc Một số doanh nghiệp đúcgang vẫn duy trì phương pháp thiết kế, chế tạo mẫu theo truyền thống nên độ chínhxác mẫu không cao, vật đúc không đồng đều.

Do đó nghiên cứu ứng dụng công nghệ cao vào thiết kế và chế tạo mẫu đúc là rất

cần thiêt trong sản xuất cho các doanh nghiệp đúc gang hiện nay

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC

VÀ PHẦN MỀM CATIA2.1 Tổng quan về công nghệ CAD/CAM - CNC

CAD/CAM - Thiết kế và gia công với sự trợ giúp của máy tính Cùng với sựphát triển của công nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóngtrong công nghiệp vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm có thểthay đổi mẫu mã hoặc lựa chọn phương án gia công tối ưu một cách nhanh chóng,chính xác và linh hoạt Đặc biệt trong tái tạo ngược từ sản phẩm đã có thì việc sử lýcác dữ liệu từ máy đo và xây dựng lại bản vẽ 3D thì không thể không dùng các phầnmềm CAD/CAM

Khái niệm CAD/CAM dù đã có từ rất lâu nhưng vẫn đang tiếp tục được pháttriển và mở rộng Ban đầu CAD và CAM được sử dụng độc lập để mô tả việc lậptrình bộ phận với sự trợ giúp của máy tính và các bản vẽ, đồ họa Trong những nămgần đây, hai khái niệm này được nối kết với nhau để tạo ra khái niệm thống nhấtCAD/CAM, biểu diễn một phương pháp tích hợp máy tính trong toàn bộ quá trìnhsản xuất bao trùm cả hai khâu thiết kế và sản xuất Cụ thể trong pha thiết kế baogồm toàn bộ các hoạt động liên quan đến các dữ liệu kỹ thuật như bản vẽ, các môhình, các phần tử hữu hạn, bản ghi các chi tiết và kế hoạch, thông tin chương trình

NC Trong khâu sản xuất, các ứng dụng của máy tính bao trùm trong lập kế hoạchquá trình, điều độ sản xuất, NC, CNC, quản lý chất lượng và lắp ráp

2.1.1 Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD

CAD được định nghĩa là một hoạt động thiết kế liên quan đến việc sử dụngmáy tính để tạo lập, sửa chữa hoặc trình bày một thiết kế kỹ thuật CAD có liên hệchặt chẽ với hệ thống đồ họa máy tính Các lý do quan trọng có thể kể đến khi sửdụng hệ thống CAD là tăng hiệu quả làm việc cho người thiết kế, tăng chất lượngthiết kế, nâng cao chất lượng trình bày thiết kế và tạo lập cơ sở dữ liệu cho sản xuất

Các bước tiến hành một thiết kế với CAD: Tổng hợp (xây dựng mô hình động học);phân tích tối ưu hóa (phân tích kỹ thuật); trình bày thiết kế (tự động ra bản vẽ).

Mô hình hình học

Mô hình hình học là dùng CAD để xây dựng biểu diễn toán học dạng hình họccủa đối tượng Mô hình này cho phép người dùng CAD biểu diễn hình ảnh đốitượng lên màn hình và thực hiện một số thao tác lên mô hình như làm biến dạnghình ảnh, phóng to thu nhỏ, lập một mô hình mới trên cơ sở mô hình cũ

Từ đó, người thiết có thể xây dựng một chi tiết mới hoặc thay đổi một chi tiết

cũ Có nhiều dạng mô hình hình học trên CAD Ngoài mô hình 2D phổ biến, các môhình 3D có thể được xây dựng cho phép người sử dụng quan sát vật thể từ cáchướng khác nhau, phóng to thu nhỏ, thực hiện các phân tích kỹ thuật như sức căng,

lý hoá và nhiệt độ

Mô hình lưới

Sử dụng các đường thẳng để minh hoạ vật thể Mô hình này có những hạn chếlớn như không có khả năng phân biệt các đường nét thấy và nét khuất trong vật thể,không nhận biết được các dạng đường cong, không có khả năng kiểm tra xung độtgiữa các chi tiết bộ phận và khó khăn trong việc tính toán các đặc tính vật lý

Mô hình bề mặt

Là mô hình được xây dựng từ điểm, các đường thẳng và các bề mặt Mô hìnhnày có khả năng nhận biết và hiển thị các dạng đường cong phức tạp, có khả năngnhận biết bề mặt và cung cấp mô hình 3D có bề mặt bóng, có khả năng hiển thị rấttốt mô phỏng quỹ đạo chuyển động như dao cắt trong máy công cụ hoặc chuyểnđộng của các rôbốt

Mô hình khối đặc

Mô tả hình dạng toàn khối của vật thể một cách rõ ràng và chính xác Nó cóthể mô tả các đường thấy và đường khuất của vật thể Mô hình này trợ giúp đắc lựctrong quá trình lắp ráp các phần tử phức tạp Ngoài ra, mô hình còn có khả năng tạo

mảng màu và độ bóng bề mặt Hơn nữa, người sử dụng có thể kết hợp với cácchương trình phần mềm chuyên dụng khác để biểu diễn mô hình và tạo hình ảnhsống động cho vật thể.

Phân tích kỹ thuật mô hình

Sau khi có được phương án thiết kế mô hình CAD sẽ trợ giúp biểu diễn các đặctính của chi tiết… Hai ví dụ về việc phân tích mô hình là tính toán các đặc tính vật

lý và phân tích phần tử hữu hạn Tính toán các đặc tính vật lý bao gồm việc xácđịnh khối lượng, diện tích bề mặt, thể tích và xác định trọng tâm.Phương pháp phần

tử hữu hạn nhằm tính toán sức căng, độ truyền nhiệt…

Đánh giá thiết kế

Đánh giá thiết kế bao gồm: tự động xác định chính xác các kích thước, xácđịnh khả năng tương tác giữa các bộ phận Điều này đặc biệt quan trọng trong cácthiết kế lắp ráp nhằm tránh hai chi tiết cùng chiếm một khoảng không gian, kiểm trađộng học Điều này cần đến khả năng mô phỏng các chuyển động của CAD

Tự động phác thảo bản vẽ

Lĩnh vực trợ giúp đắc lực thứ tư của CAD là khả năng tự động cho ra các bản

vẽ với độ chính xác cao một cách nhanh chóng Điều này rất quan trọng trong quátrình thiết kế và tạo lập hồ sơ thiết kế

2.1.2 Sản xuất với trợ giúp của máy tính CAM

Được định nghĩa là việc sử dụng máy tính trong lập kế hoạch, quản lý và điềukhiển quá trình sản xuất Các ứng dụng của CAM được chia làm 2 loại chính: Lập

kế hoạch sản xuất và điều khiển sản xuất

Lập kế hoạch sản xuất

+ Ước lượng giá thành sản phẩm: Ước lượng giá của một loại sản phẩm mới làkhá đơn giản trong nhiều ngành công nghiệp và được hoàn thành bởi chương trình

máy tính Chi phí của từng chi tiết bộ phận được cộng lại và giá của sản phẩm sẽđược xác định.

+ Lập kế hoạch sản xuất với sự trợ giúp của máy tính: Các trình tự thực hiện vàcác trung tâm gia công cần thiết cho sản xuất một sản phẩm được chuẩn bị bởi máytính Các hệ thống này cần cung cấp các bản lộ trình, tìm ra lộ trình tối ưu và tiếnhành mô phỏng kiểm nghiệm kế hoạch đưa ra

+ Các hệ thống dữ liệu gia công máy tính hóa: Các chương trình máy tính cầnđược soạn thảo để đưa ra các điều kiện cắt tối ưu cho các loại nguyên vật liệu khácnhau Các tính toán dựa trên các dữ liệu nhận được từ thực nghiệm hoặc tính toán lýthuyết về tuổi thọ của dao cắt theo điều kiện cắt

+ Lập trình với sự trợ giúp của máy tính: Lập trình cho máy công cụ hoặc lậptrình CNC là công việc khó khăn cho người vận hành và gây ra nhiều lỗi khi các chitiết trở nên phức tạp Các bộ hậu xử lý máy tính được sử dụng để thay thế việc lậptrình bằng tay Đối với các chi tiết có hình dạng hình học phức tạp, hệ thống CAM

có thể đưa ra chương trình gia công chi tiết nhờ phương pháp tạo ra tập lệnh điềukhiển cho máy công cụ hiệu quả hơn hẳn lập trình bằng tay

+ Cân bằng dây chuyền lắp ráp với sự trợ giúp bằng máy tính: Việc định vị cácphần tử trong các trạm lên dây chuyền lắp ráp là vấn đề lớn và khó khăn Cácchương trình máy tính như COMSOAL và CALB được phát triển để trợ giúp cânbằng tối ưu cho các dây chuyền lắp ráp

+ Xây dựng các định mức lao động: Một bộ phận chuyên trách sẽ có tráchnhiệm xác lập chuẩn thời gian cho các công việc lao động trực tiếp tại nhà máy.Việc tính toán này khá công phu và phức tạp Hiện đã có một số chương trình phầnmềm được phát triển cho công việc này Các chương trình máy tính sử dụng dữ liệu

về thời gian chuẩn cho các phần tử cơ bản, sau đó cộng tổng thời gian thực hiện củacác phần tử và chương trình sẽ đưa ra thời gian chuẩn cho công việc hoàn chỉnh.+ Lập kế hoạch sản xuất và quản lý tồn kho: Máy tính được sử dụng trong haichức năng lập kế hoạch sản xuất và lưu trữ Hai chức năng này bao gồm ghi nhớ các

bản ghi tồn kho, đặt hàng tự động các mặt hàng khi kho rỗng, điều độ sản xuất, duytrì các đặc tính hiện tại cho các đơn đặt hàng sản xuất khác nhau, lập kế hoạch nhucầu nguyên vật liệu và lập kế hoạch năng lực.

Điều khiển sản xuất

Điều khiển sản xuất liên quan tới việc quản lý và điều khiển các hoạt động sảnxuất trong nhà máy Điều khiển quá trình, điều khiển chất lượng, điều khiển sảnxuất và giám sát quá trình đều nằm trong vùng chức năng của điều khiển sản xuất

Ở đây máy tính tham gia trực tiếp (on-line) vào các hoạt động sản xuất trong nhàmáy Các ứng dụng của điều khiển quá trình sử dụng máy tính là khá phổ biến trongcác hệ thống sản xuất tự động hiện nay Chúng bao gồm các dây chuyền vậnchuyển, các hệ thống lắp ráp, điều khiển số, kỹ thuật rôbốt, vận chuyển nguyên vậtliệu và hệ thống sản xuất linh hoạt

Điều khiển hoạt động sản xuất phân xưởng liên quan tới việc thu nhập dữ liệu

đó để trợ giúp điều khiển sản xuất và lưu trữ trong nhà máy Các công nghệ thunhập dữ liệu máy tính hóa và giám sát quá trình bằng máy tính đang là phương tiệnđược đánh giá cao trong hoạt động sản xuất phân xưởng hiện nay

Mục đích của tích hợp CAD/CAM là hệ thống hóa dòng thông tin từ khi bắtđầu thiết kế sản phẩm tới khi hoàn thành quá trình sản xuất Chuỗi các bước đượctiến hành với việc tạo dữ liệu hình học, lưu trữ và xử lý bổ sung, và kết thúc vớiviệc chuyển các dữ liệu này thành thông tin điều khiển cho quá trình gia công, dichuyển vật liệu và kiểm tra tự động được gọi là kỹ thuật trợ giúp bởi máy tính CAE(Computer – Aided Engineering) và được coi như kết quả của việc kết nối CAD vàCAM

Hiện nay có rất nhiều phần mềm về thiết kế công nghệ CAD/Geomagic

studio,Rapidfrom XOR, Catia, MastercamCAM có thể sử lý dữ liệu quét 3D như: ,

Solid Edge, Solicam, Delcam, Sufcam, Proengineer, SolidWorks, … Mỗi phần mềm

đều có những ưu điểm riêng, tuỳ theo mức độ và mục đích ứng dụng, điều kiện máygia công thực tế tại nhà máy sản xuất mà ta ứng dụng phần mềm nào sao cho có

hiệu quả cao nhất Trong các phần mềm trên thì Geomagic, Rapidform và Catia cótính năng mạnh hơn để sử lý dữ liệu đo 3D và xây dựng mô hình bề mặt.

2.1.3 Đối tượng phục vụ của CAD/CAM.

Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo côngnghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của qui trình sản xuất trong một hệthống tích hợp điều khiển bởi máy tính điện tử (Computer IntegratedManufacturing - CIM)

Các thành phần của hệ thống CIM được quản lý và điều hành dựa trên cơ

sở dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD.Kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phântích kỹ thuật, lập qui trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ liệuđiều khiển thiết bị sản xuất điều khiển số như các loại máy công cụ, người máy,tay máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác

Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hìnhthành bất kỳ một sản phẩm cơ khí nào

Công việc này bao gồm:

- Chuẩn bị thiết kế ( thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung

của sản phẩm, các cụm máy.v.v )

- Chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu,

thiết lập qui trình công nghệ)

- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ v.v

- Kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời

gian yêu cầu.

Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng 90% thờilượng thiết kế là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 10% thời gian dành cholao động sáng tạo và quyết định phương án, do vậy các công việc trên cóthể thực hiện bằng máy tính điện tử để vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo

độ chính xác và chất lượng

CAD/CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết