Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CADCAM cimatron trong thiết kế và gia công khuôn cho sản phẩm ổ cắm điện

Nắm bắt được tình hình đó em đã đi đến quyết định nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CAD/CAM Cimatron trong thiết kế và gia công khuôn cho sản phẩm ổ cắm điện ” Đề tài nà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

SVTH: Vũ Đức Toàn 1

  MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM 7

1.0 Giới thiệu chung : 7

1.1 Các định nghĩa về CAD, CAM, CAE : 10

1.1.1 CAD 10

1.1.2 CAM 11

1.1.3.CAE 12

1.1.4.Sử dụng hệ thống CAD/CAM/CAE để phát triển sản phẩm 12

1.2 Các thành phần của hệ thống CAD/CAM/CAE 13

1.2.1 Phần cứng 13

1.2.2 Phần mềm 14

1.3 Các hệ thống mô hình hóa hình học : 15

1.4 Tích hợp CAD và CAM 15

1.4.1 Giới thiệu sơ lược về chu kỳ sản xuất 15

1.4.2 Lập quy trình công nghệ 16

1.4.2.1 Lập quy trình công nghệ bằng tay 17

1.4.2.2 Lập quy trình công nghệ tự động 18

1.4.3 Các khái niệm cơ bản về lập trình chi tiết 18

1.4.3.1 Hình thức lập trình bằng tay 19

1.4.3.2 Lập trình có sự trợ giúp của máy tính 19

1.4.3.3 Lập trình với hệ thống CAD/CAM 19

CHƯƠNG II : CƠ SỞ THIẾT KẾ KHUÔN MẪU 21

2.1 Giới thiệu chung về khuôn mẫu tạo hình 21

2.2 Khuôn cho sản phẩm nhựa : 21

2.3 Cấu tạo chung của một bộ khuôn đúc phun nhựa : 22

2.4 Vai trò của các bộ phận trong bộ khuôn : 23

SVTH: Vũ Đức Toàn 2

2.4.1 Tấm kẹp trước : 23

2.4.2 Tấm khuôn trước : 23

3.4.3 Tấm khuôn sau : 23

2.4.4 Tấm kẹp sau : 23

2.4.5 Tấm đỡ : 23

2.4.6 Khối đỡ : 24

2.4.7 Tấm giữ : 24

2.4.8 Tấm đẩy 24

2.4.9 Vòng định vị 24

2.4.10 Chốt dẫn hướng 24

2.4.11 Bạc dẫn hướng 25

2.4.12 Hệ thống chốt hồi : 25

2.4.13 Chốt đẩy : 25

2.4.14 Bạc dẫn hướng chốt 26

2.4.15 Bạc cuống phun 26

2.5 Hệ thống đẩy trong khuôn 26

2.6 Hệ thống làm nguội khuôn 26

2.6.1 Các phương pháp làm nguội : 27

2.6.1.1 Làm nguội bằng khí : 27

2.6.1.2 Làm nguội bằng nước hoặc hỗn hợp ethylene glycol và nước: 27

2.7 Hệ thống dẫn nhựa : 27

2.8 Một số lưu ý khi thiết kế khuôn: 28

2.8.1.Thiết kế bề dày thành chính 28

2.8.1.1 Bề dày chính càng mỏng càng tốt nhưng phải đủ dày 28

2.8.1.2 Bề dày thành đồng nhất: 28

2.8.1.3 Tránh các vùng dày: 29

2.8.1.4 Các lỗi khi sản phẩm có bề dày không đồng nhất : 29

SVTH: Vũ Đức Toàn 3

2.8.2.Thiết kế góc thoát khuôn 31

2.8.3.Thiết kế gân 31

2.8.4.Thiết kế núm lồi 32

2.8.5.Thiết kế bán kính cong cho sản phẩm 34

CHƯƠNG III : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CIMATRON TRONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN CHO CẶP SẢN PHẨM ĐẾ VÀ NẮP Ổ CẮM ĐIỆN 35

3.1 Tổng quan về phần mềm Cimatron 35

3.1.1.Giới thiệu chung về phần mềm Cimatron : 35

3.1.2.Các môi trường làm việc trong cimatron : 36

3.1.2.1.Môi trường Part Design Wofkbench : 36

3.1.2.2.Môi trường Assembly Design Wofkbench : 41

3.1.2.3 Môi trường tạo lập bản vẽ kỹ thuật Drawing : 42

3.1.2.4 Môi trường thiết kế khuôn mẫu : 44

3.1.2.5 Môi trường NC : 46

3.1.2.6 Môi trường gia công bằng tia lửa điện ( xung ) Electrode : 47

3.2 Ứng dụng phần mềm CimatronE vào quá trình thiết kế và gia công khuôn cho cặp sản phẩm thân và nắp ổ cắm điện 48

3.2 Ứng dụng phần mềm CimatronE vào quá trình thiết kế và gia công khuôn cho cặp sản phẩm thân và nắp ổ cắm điện 49

3.2.1.Tạo lập mô hình chi tiết 3d trong môi trường Part : 49

3.2.2.Lắp ghép phần đế ổ cắm với nắp ổ cắm điện trong môi trường Assembly Design Wofkbench 52

3.2.3.Tạo lập bản vẽ kỹ thuật cho chi tiết trong môi trường Drawing : 56

3.2.4.Thiết kế khuôn cho bộ sản phẩm nắp và đế ổ cắm điện: 56

3.2.4.1.Thiết kế lòng khuôn : 56

4.2.4.2.Thiết kế cuống phun : 64

3.2.4.3.Thiết kế kênh dẫn nhựa : 65

3.2.4.4.Thiết kế hệ thống chốt đẩy : 67

3.2.4.5.Thiết kế kênh làm mát : 68

SVTH: Vũ Đức Toàn 4

3.2.4.6 Thêm các phần tử của khuôn 71

3.2.5 Tạo lập chương trình gia công tự động cho tấm khuôn đực : 74

3.2.5.1 Bước 1 : Phay thô bề mặt 75

3.2.5.2.Bước 2 : Gia công tinh mặt phẳng phân khuôn và bán tinh các bề mặt lòng khuôn đực 81

3.2.5.3.Bước 3 : Gia công tinh bề mặt cong nắp ổ điện 83

4.2.5.4.Bước 4 : Gia công tinh bề mặt đế ổ điện và gia lỗ trên kênh dẫn nhựa 84

3.2.5.5.Bước 5 : Gia công tinh bề mặt kênh dẫn nhựa 86

3.2.5.6.Bước 6 : Gia công tinh bề mặt khuôn 87

3.2.5.7 Bước 7 : Gia công tinh lần cuối các góc có bán kính góc lượn nhỏ 89

3.2.6.Gia công Xung ( Electrode ) 93

CHƯƠNG IV : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MOLDFLOW PLASTIC INSIGHT HỖ TRỢ QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ KHUÔN MẪU 99

4.1 Giới thiệu về Moldflow Plastic Insight 101

4.2 Làm việc với môi trường Moldflow Plastics Insight (MPI) 102

4.2.1 Gọi một mô hình vào môi trường MPI 102

4.2.2 Chia lưới cho sản phẩm 103

4.2.3 Chọn vật liêu nhựa 104

4.2.4 Chọn chức năng phân tích 105

4.2.5 Chọn vị trí đặt miệng phun 106

4.2.6 Chạy phân tích và ghi nhận kết quả 106

4.2.6.1 Phân tích mô hình để chọn vị trí đặt miệng phun phù hợp 107

4.2.6.2 Phân tích thời gian điền đầy vật liệu vào lòng khuôn 107

4.2.6.3 Các kết quả phân tích khác : 108

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

Tài liệu tham khảo 111

Mặc dù đã hết sức cố gắng từ việc nghiên cứu, sưu tầm tài liệu, tổng hợp các ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực này, song luận văn không tránh khỏi những thiếu xót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn

Hà Nội, ngày 25 tháng 09 năm 2011

Tác giả luận văn

Vũ Đức Toàn

SVTH: Vũ Đức Toàn 6

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay sản phẩm nhựa đã chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vật liệu nhựa ngày càng có những tính chất ưu việt như về chất lượng về độ bền …do vậy mà ngành công nghiệp nhựa đã phát triển rất nhanh trong thời gian qua kéo theo đó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa phát triển theo trong đó phải kể đến ngành công nghiệp chế tạo khuôn đúc phun cho sản phẩm nhựa ra đời và cho

ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng chủng loại phục vụ cho đời sống của con người Việc chế tạo ra các chi tiết có biên dạng phức tạp kéo theo biên dạng của lòng khuôn và lõi khuôn cũng phức tạp dẫn đến việc gia công chúng theo các phương pháp truyền thống gặp rất nhiều khó khăn Ngoài ra việc chế tạo lòng khuôn, lõi khuôn còn phụ thuộc nhiều vào trình độ người thợ, thời gian chế tạo khuôn dài và độ chính xác lòng khuôn thường không cao Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học và kỹ thuật, các công nghệ gia công mới cũng phát triển rất mạnh mẽ kéo theo các ứng dụng phần mềm vào trong tự động hoá sản xuất

và tự động hoá lắp giáp như ứng dụng các phần mềm Master Cam, Cimatron, Catia Việc ứng dụng các phần mềm này vào sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu, và lắp giáp khuôn tự động, nó đã giải quyết được các khó khăn trước đây và đem lại hiệu quả kinh tế rất cao

Ở nước ta việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa phục vụ cho đời sống cũng như trong

kỹ thuật đang được phát triển rất mạnh mẽ, số lượng các cơ sở sản xuất ứng dụng phương pháp gia công mới ngày càng nhiều, gia công được các chi tiết có biên dạng phức tạp Nắm bắt được tình hình đó em đã đi đến quyết định nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CAD/CAM Cimatron trong thiết kế và gia công

khuôn cho sản phẩm ổ cắm điện ”

Đề tài này ứng dụng phần mền CAD/CAM CimatronE để thiết kế và gia công tự động một bộ khuôn nhựa điển hình với sản phẩm ở đây là ổ cắm điện (bao gồm cả nắp và đế ổ cắm điện)

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tăng Huy đã hướng dẫn tận tình để em có thể hoàn thành được đề tài nghiên cứu này

SVTH: Vũ Đức Toàn 7

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM

1.0 Giới thiệu chung :

Công nghiệp ngày nay không thể tồn tại với sự cạnh tranh trong toàn thế giới trừ khi

họ đưa ra các sản phẩm mới có chất lượng tốt hơn, giá cả thấp hơn và thời gian chế tạo ngắn hơn Vì vậy, họ phải cố gắng sử dụng khả năng bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý nhanh

và khả năng giao diện đồ họa dễ sử dụng của máy tính để tự động hóa và phải kết hợp với các sản xuất hoặc kỹ thuật riêng rẽ không hiệu quả khác Như vậy sẽ làm giảm thời gian

Như vậy chu kỳ sản xuất bao gồm hai phần chính :

- Quá trình thiết kế (Bắt đầu từ nhu cầu của khách hàng)

- Quá trình gia công ( Bắt đầu từ các đặc tính thiết kế)

Các hoạt động trong quá trình thiết kế có thể được chia làm hai phần lớn là tổng hợp và phân tích

Quá trình tổng hợp bao gồm các hoạt động như : nhận biết sự cần thiết của thiết kế, biểu diễn các đặc tính của thiết kế, nghiên cứu tính khả thi của các thông tin của thiết kế

có liên quan và thiết kế dựa trên các khái niệm

Một khi bản thiết kế được phát triển, quá trình phân tích được bắt đầu với việc phân tích và tối ưu hóa bản thiết kế như : di chuyển các chi tiết không cần thiết, giảm bới các kích thước, chấp nhận và sử dụng sự cân đối hình học Tùy thuộc vào các đặc tính sử dụng của sản phẩm mà quá trình phân tích có thể tập trung vào các vấn đề chính như : phân tích ứng suất để kiểm tra bền của sản phẩm, việc phân tích kiểm tra tác động để kiểm tra va chạm giữa các chi tiết trong quá trình lắp ghép…

Một khi bản thiết kế đã được hoàn thành, sau khi tối ưu hóa hoặc cân đối một số độ chính xác, giai đoạn thiết kế bắt đầu Công việc chế tạo mẫu cũng có thể được tiến hành Ngày này công nghệ chế tạo mẫu không còn là vấn đề khó khăn đối với kỹ thuật nhờ công nghệ tạo mẫu nhanh Công nghệ tạo mẫu nhanh xây dựng nên các mẫu bằng việc xếp các

Theo công nghệ truyền thống, tài liệu thiết kế dưới dạng bản vẽ kỹ thuật sẽ được đưa đến nơi sản xuất

Theo công nghệ CAD/CAM, quá trình gia công cũng bắt đầu với việc lập kế hoạch sản xuất, sử dụng dữ liệu bản vẽ từ quá trình thiết kế và kết thúc với sản xuất thực tế Lập kế hoạch sản xuất cũng bao gồm các công đoạn như lập quy trình công nghệ, chọn máy, chọn vật liệu, lập chương trình gia công, thiết kế đồ gá Mối quan hệ giữa lập quy trình công nghệ và quá trình sản xuất tương tự nhau và đó là tổng hợp của quá trình thiết kế và gia công, đòi hỏi phải có kinh nghiệm và độ chính xác

Một khi lập quy trình công nghệ được hoàn tất, sản phẩm được sản xuất và được kiểm tra theo các yêu cầu chất lượng

Các chi tiết đã qua quá trình kiểm tra chất lượng sẽ được lắp ghép, kiểm tra chức năng, đóng gói, dãn nhãn và chở tới khách hàng

Trong quá trình tổng hợp người thiết kế phải lựa chọn tốt thông tin về thiết kế có liên quan để nghiên cứu tính khả thi bằng cách sử dụng định dạng dữ liệu và việc sử dụng cataloge để có thể điều khiển được thông tin và chất lượng của sản phẩm Chúng ta cũng không dễ dàng hình dung được cách sử dụng mày tính trong quá trình thiết kế vì máy tính chưa phải là công cụ mạnh cho quá trình thiết kế, tạo lập thông minh Mô hình hóa tham

số hoặc khả năng lập trình Macro của hệ thống Computer-Aided-Drafting, hoặc mô hình hóa hình học có thể sử dụng trong công việc thiết kế là các đặc trưng của phầm mềm CAD

Chúng ta có thể sử dụng máy tính trong quá trình phân tích ban đầu của quá trình thiết

kế Thực tế, nhiều phần mềm có thể sử dụng trong việc phân tích, kiểm tra, phân tích động học…những phần mềm này được gọi là CAE

Vấn đề đặt ra với phần mềm CAE là việc cung cấp mô hình phân tích Sẽ không có vấn đề gì nếu mô hình phân tích được thực hiện tự động dựa trên khái niệm thiết kế Tuy nhiên, mô hình phân tích không giống với việc thiết kế khái niệm nhưng được thực hiện bằng cách giảm bớt các kích thước Mức độ thích hợp của phần giảm đi là khác nhau, nó phụ thuộc vào yêu cầu phân tích và độ chính xác Vì vậy rất khó để có thể tự động hóa quá trình giảm đi này, theo đó các mô hình phân tích thường được tạo lập tách biệt nhau

Đó là cách làm thông dụng để tạo lập hình dạng lý thuyết của mô hình thiết kế bằng việc

SVTH: Vũ Đức Toàn 9

sử dụng một hệ thống vẽ có sự trợ giúp của máy tính hoặc một hệ thống mô hình hóa hình học hoặc đôi khi sử dụng khả năng xây dựng bên trong của các gói phần mềm phân tích Các gói phần mềm CAE thường cần đến cấu trúc được thể hiện bởi việc bố trí các lưới liên kết bên trong và được máy tính quản lý thành các vùng dữ liệu Nếu gói phần mềm phân tích được sử dụng có khả năng tạo lập các lưới này một cách tự động, phần mềm đó

sẽ cần thiết để tạo lập hình dạng đường bao Tuy nhiên các lưới cũng phải được tạo lập bởi người sử dụng hoặc tự động bởi phần mềm.Việc tạo ra các lưới này được gọi là mô hình phần tử hữu hạn Mô hình phần tử hữu hạn cũng bao gồm các điều kiện biên xác định và các điều kiện bên ngoài

Nếu chúng ta cần một mẫu thiết kế, chúng ta có thể tạo ra một mẫu thiết kế được sử dụng bởi các phần mềm được thiết kế nối với một máy tạo mẫu nhanh Các gói phần mềm này cũng được gọi là CAM Dĩ nhiên hình dạng mẫu tạo ra với công nghệ cao trong một loại dữ liệu tương ứng với hình dạng được tạo lập bởi mô hình hóa hình học Thậm chí có thể làm tốt hơn bằng cách tạo mẫu ảo, thường được gọi là digital mock-up, mẫu nhanh ảo cũng cung cấp cho chúng ta các thông tin tương tự như mẫu thực khi các công cụ phân tích được sử dụng trong quá trình tạo mẫu trở nên đủ mạnh Vì vậy các mẫu nhanh ảo sẽ

có khuynh hướng thay thế các mẫu thực

Phần cuối cùng của quá trình thiết kế là tạo hồ sơ thiết kế Các thông số máy tính có khả năng lưu trữ và quản lý hồ sơ thiết kế

Công nghệ máy tính cũng được sử dụng trong quá trình gia công Quá trình gia công bao gồm các hoạt động của việc lập kế hoạch sản xuất, thiết kế và chuẩn bị dao cụ, vật liệu, lập trình NC, điều khiển máy CNC, điều khiển chất lượng và đóng gói Các gói phần mềm này được gọi là CAM

SVTH: Vũ Đức Toàn 10

Hình 1.1 : Chu kỳ sản xuất

1.1 Các định nghĩa về CAD, CAM, CAE :

1.1.1 CAD

Là thuật ngữ viết tắt của Computer-Aided Design

Là kỹ thuật liên quan đến việc sử dụng các hệ thống máy tính để trợ giúp trong việc tạo lập, hiệu chỉnh, phân tích và tối ưu hóa một bản thiết kế Vì vậy bất kỳ chương trình máy tính nào như là đồ họa máy tính và một chương trình ứng dụng các chức năng dễ lập trình trong quá tình thiết kế được gọi là CAD

Các công cụ CAD có thể thay đổi từ các công cụ hình học để điều khiển hình dạng đến việc tạo các chương trình ứng dụng theo yêu cầu của khách hàng, cũng như việc phân

Nhu cầu

thiết kế

Các đặc tính thiết kế

Nghiên cứu tính khả thi với thông tin thiết kế Phân tích

Thiết kế

Phân tích thiết kế, tối ưu hóa

Đánh giá thiết kế

Tài liệu

thiết kế

Khái niệm thiết kế

Mô hình phân tích

Vận chuyển

Đóng gói

Quản lý chất lượng

Sản xuất

Kế hoạch sản xuất

SVTH: Vũ Đức Toàn 11

tích và tối ưu hóa Các công cụ này bao gồm việc phân tích dung sai, tính khối lượng, mô

hình phần tử hữu hạn và hiển thị kết quả phân tích

Các vai trò cơ bản nhất của CAD có thể được nói đến như : thiết kế, mô hình hóa

hình học, thiết kế chi tiết máy, tạo bản vẽ sơ đồ mạch điện, kiến trúc…

Các đối tượng hình học được tạo lập bởi các hệ thống CAD có thể được sử dụng như

là cơ sở để hình thành nên các chức năng khác trong các hệ thống CAE và CAM Đây là một trong những lợi ích lớn nhất của CAD vì nó có thể lưu trữ và định nghĩa lại mỗi khi cần thiết

1.1.2 CAM

Là thuật ngữ viết tắt của Computer-Aided Manufacturing

Là công nghệ liên quan đến việc sử dụng các hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các hoạt động sản xuất thông qua giao diện trực tiếp hoặc gián tiếp của máy tính với các thiết bị sản xuất của nhà máy

Một trong những phạm vi ứng dụng thành công nhất của CAM là điều khiển số hoặc

NC

Kỹ thuật NC sử dụng các câu lệnh được lập trình để điều khiển máy công cụ như: máy tiện, máy mài, máy phay, đột lỗ…

Máy tính có thể tạo ra một khối lượng lớn các câu lệnh NC dựa trên dữ liệu hình học

từ định dạng dữ liệu CAD cộng với các thông tin phụ cho quá trình gia công

Chức năng quan trọng khác của CAM là lập trình robot để có thể làm việc trong các dây truyền sản xuất, lựa chọn và định vị dao cụ, phôi cho các máy NC Ngoài ra các robot còn có thể thực hiện được các công việc khác như: hàn hoặc lắp ghép hoặc di chuyển các chi tiết…

Lập kế hoạch sản xuất cũng là mục đích của việc tự động hóa có sự trợ giúp của máy tính Lập kế hoạch sản xuất có khả năng xác định một cách tuần tự và chi tiết các bước sản xuất cần thiết để tạo ra một bộ phận chi tiết từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc Thậm chí việc lập kế hoạch sản xuất một cách tự động và đầy đủ là có thể thực hiện được và có thể được tạo lập nếu kế hoạch sản xuất cho một chi tiết tương tự đã có

Để thực hiện mục đích này công nghệ nhóm đã được phát triển để tổng hợp các chi tiết tương tự nhau thành một họ, nhóm Các chi tiết được phân loại tương tự nhau nếu chúng có các đặc tính gia công chung như: rãnh, hốc, lỗ…Do đó để phát hiện một cách tự động sự giống nhau giữa các chi tiết, định dạng dữ liệu CAD phải chứa đựng các thông tin về các đặc tính đó Công việc này được thực hiện thành công bởi việc sử dụng các mô hình hóa dựa trên các đặc tính hoặc thừa nhận các đặc tính

SVTH: Vũ Đức Toàn 12

1.1.3.CAE

Là thuật ngữ viết tắt của Computer-Aided Engineering

Là kỹ thuật liên quan đến việc sử dụng các hệ thống máy tính để phân tích đối tượng hình học CAD Nghiên cứu cách thức hoạt động của sản phẩm, người thiết kế có thể điều chỉnh và tối ưu hóa quá trình Các công cụ CAE được ứng dụng rất rộng lớn Ví dụ : có thể sử dụng CAE để xác định các đường chuyển động và các chuyển động liên kết trong các chi tiết máy, có thể phân tích sự chuyển vị, có thể được sử dụng để xác định tải trọng

và chuyển vị trong các lắp ghép phức tạp như là các thiết bị tự động, có thể mô phỏng thời gian và mô phỏng hoạt động của các mạch điện tử phức tạp

Phần lớn các phương pháp sử dụng trong việc phân tích kỹ thuật trong máy tính là phương pháp phần tử hữu hạn FEM ( the Finite Element Method) Phương pháp phần tử hữu hạn cũng được sử dụng để xác định ứng suất biến dạng, truyền nhiệt, mô tả từ trường, dòng chất lỏng và các vấn đề môi trường liên tục khác

Trong phân tích phần tử hữu hạn, cấu trúc được mô tả bằng một mô hình phân tích được tạp nên từ các thành phần bên trong liên kết, các thành phần này được phần chia thành các phần được quản lý bởi máy tính

Nhiều phần mềm cũng có khả năng tối ưu hóa thiết kế, mặc đù ông cụ tối ưu hóa thiết

kế có thể được xem như các công cụ CAE, chúng cũng được phân loại theo các cách thông dụng

Ưu điểm của việc tối ưu hóa và phân tích thiết kế là cho phép người kỹ thuật nhìn thấy trước được quy cách làm việc của sản phẩm do đó sẽ làm giảm đi các lỗi trước khi tiến hành sản xuất, và giảm được phí tổn về mặt thời gian cũng như xây dựng và kiểm tra các lỗi vật lý

CAD/CAM/CAE được xem như các chức năng tự động đặc biệt của chu kỳ sản xuất

và làm cho chúng hiệu quả hơn, vì chúng được phát triển độc lập, chúng không có đầy đủ vai trò của việc tích hợp các hoạt động thiết kế và gia công của chu kỳ sản xuất

Công nghệ mới CIM có thể giải quyết được vần đề tích hợp này

Bước tiếp theo trong chu kỳ sản phẩm là phân tích thiết kế Mô hình phân tích được xử

lý bởi bộ tiềm xử lý CAE

SVTH: Vũ Đức Toàn 13

Khởi động phân tích phần tử hữu hạn trên mô hình phân tích chúng ta có thể kiểm tra được điều kiện bền của sản phẩm Chúng ta cũng có thể chạy chương trình mô phỏng để kiểm tra dòng nhựa nóng sẽ chảy vào hốc của khuôn ép nhựa Nếu kết quả mô phỏng cho chúng ta thấy sẽ có vấn đề với dòng chảy trong khuôn chúng ta cần hiệu chỉnh lại

Thiết kế khuôn ép nhựa, chế tạo khuôn và đẩy sản phẩm

Từ dữ liệu mô hình thiết kế được tạo lập bởi phần mềm CAD, lõi và hốc được thiết kế bởi hệ thống mô hình hóa hình học có mục đích chung hoặc tạo lập tự động bởi hệ thống thiết kế khuôn đặc biệt

Từ dữ liệu hình học của lõi và hốc, một bộ khuôn thích hợp có thể được lựa chọn từ cơ

sở dữ liệu chứa đựng các bộ khuôn tiêu chuẩn Sau đó miệng rót, kênh dẫn nhựa, hệ thống làm mát và cách thành phần khác của bộ khuôn được thiết kế và đặt vào bộ khuôn tại vị trí thích hợp Chúng ta có thể chạy mô phỏng lại chương trình để dự đoán dòng chảy cho chính xác hơn, chúng ta cũng có thể chạy phân tích sự tản nhiệt để mô phỏng thiết kế của kênh làm mát

Để hoàn thiện thiết kế khuôn, phần mềm CAM được sử dụng để tính toán các đường cắt NC cần thiết để gia công các tấm Cavity và Core

Khi quá trình gia công cần thiết đã được hoàn thành bộ khuôn được ghép lạ và được sử dụng cho quá trình ép nhựa Ở đây chúng ta cũng có thể dùng quá trình phân tích để mô phỏng xác định các điều kiện khác nhau của khuôn giúp chúng ta có thể xử lý tốt hơn bản thiết kế như: Nhiệt độ khuôn, áp lực ép, nhiệt độ nhựa

Các thiết bị đồ họa Máy tính

Hệ thống CAD/CAM/CAE

Các thiết bị dữ nhập dữ liệu bao gồm: chuột, bàn phím, các loại ổ đĩa…

Các thiết bị nhập dữ liệu giúp cho việc nhập và điều khiển dữ liệu dễ dàng hơn, theo đó người sử dụng sẽ nhập dữ liệu trực tiếp vào máy tính

Các thiết bị xuất dữ liệu như: máy in, máy vẽ, các thiết bị dữ liệu giúp cho việc chia sẻ

dữ liệu với các thiết bị khác

Phần mềm CAE được sử dụng để phân tích các đối tượng hình học của bản thiết kế, cho phép người thiết kế mô phỏng và nghiên cứu cách thức hoạt động của sản phẩm Như vậy bản thiết kế có thể được định nghĩa lại và được tối ưu hóa

Một số phần mềm CAD/CAM/CNC:

Các phần mềm CAD cho các ưungs dụng 2D có: AutoCAD của hang AutoDesk,

CADAM của hãng CADAM,…

Các phần mềm CAD cho các ứng dụng mô hình hóa 3D có: Inventor của hãng AutoDesk, SolidWorks của công ty SolidWorks, SolidEdge của công ty Intergraph,… Các phần mềm CAM có MasterCam của công ty phần mềm CNC Software, PowerMill của hãng DelCam…

Các phần mềm CAE có: Moldflow của tập đoàn Moldflow Pty, Ansys của tập đoàn Swanson Analysis System,…

Các phần mềm tích hợp có: Pro/engineer của công ty PTC, CATIA của hãng Dassault System, Cimatron,…

SVTH: Vũ Đức Toàn 15

1.3 Các hệ thống mô hình hóa hình học :

- Quá trình thiết kế có thể được thực hiện thông qua việc chi tiết hóa hình dạng chi tiết của người thiết kế Như vậy phần mềm CAD là công cụ để dễ dàng thực hiện quá trình chi tiết hóa này

- Các phầm mềm CAD có thể được chia làm 2 nhóm :

+ Computer-Aided Drafting system : Hệ thống này cho phép người thiết kế thực hiện

ý tưởng bằng cách điều khiển hình dạng theo 2 kích thước (2D)

+ Geometric Modelling System : Hệ thống này cho phép người thiết kế điều khiển quá trình thiết kế theo 3 kích thước (3D)

- Các hệ thống mô hình hóa hình học có thể được chia thành:

+ Các hệ thống mô hình khung dây

+ Các hệ thống mô hình mặt

+ Các hệ thống mô hình khối rắn

+ Các hệ thống mô hình Nonmanifold

1.4 Tích hợp CAD và CAM

Sau khi một chi tiết được thiết kế, nó sẽ được gia công để tạo ra sản phẩm

Như vậy, công cụ được sử dụng trong quá trình thiết kế là các phần mềm CAD

Công cụ trong quá trình gia công được gọi là phần mềm CAM

Các phần mềm CAM bao gồm :

+ CAPP (Computer Aided Process Planning) được sử dụng trong quá trình lập kế hoạch sản xuất

+ Phần mềm NC để lập trình điều khiển số cho máy công cụ trong sản xuất

+ Các phần mềm kiểm tra được sử dụng trong quá trình kiểm tra

+ Các phần mềm lập trình robot

Các nghiên cứu ban đầu tác động đến giao diện giữa CAD và CAM đã được phát triển trong các hệ thống CAPP để thực hiện quá trình kết nối tự động giữa quá trình thiết

kế và gia công

1.4.1 Giới thiệu sơ lược về chu kỳ sản xuất

Các hệ thống gia công có thể được phân loại như sau:

SVTH: Vũ Đức Toàn 16

- Gia công các chi tiết riêng lẻ

Khi bản thiết kế hoàn thành, nó được chuyển qua bộ phận gia công Người lập kế hoạch sản xuất chuyển đổi từ bản thiết kế thành cấu trúc của quá trình sản xuất Cấu trúc này được miêu tả chi tiết trong quá trình gia công cần thiết để biến đổi phôi liệu thành chi tiết mong muốn và các hoạt động lắp ghép để lắp ghép các chi tiết riêng lẻ thành các sản phẩm cuối cùng

Do đó quá trình sản xuất là một trong những yêu cầu phù hợp trong việc sản xuất ra chi tiết trong khả năng công nghệ của phân xưởng Vì vậy trong việc tạo lập kế hoạch sản xuất một chi tiết, người lập kế hoạch phải giải thích được bản vẽ kỹ thuật, thiết lập

độ chính xác gia công, xác định được các nguyên công, chọn máy, chọn dao, đồ gá…Những công việc này sẽ dễ dàng hơn nếu người lập kế hoạch đã từng lập kế hoạch cho các chi tiết tương tự Những chi tiết như vậy chúng ta có thể sử dụng công nghệ nhóm

Khi việc lập kế hoạch sản xuất hoàn thành, hoạt động sản xuất thực tế sẽ bắt đầu theo

sơ đồ cấu trúc của bản kế hoạch Nếu công nghệ có sử dụng máy NC để gia công chi tiết, chương trình gia công phải được lập trình bởi lập trình viên Ngày nay, nhiều công

cụ phần mềm cần thiết để tạo lập chương trình NC trực tiếp từ dữ liệu CAD đã phát triển mạnh mẽ Sau đó chi tiết được kiểm tra chất lượng, các chi tiết đã qua kiểm tra chất lượng nếu đạt yêu cầu sẽ được lắp ghép, đóng gói và vận chuyển đến khách hàng

Vì vậy có thể nói rằng mối liên hệ giữa quá trình thiết kế và quá trình gia công là quá trình lập kế hoạch sản xuất

Như vậy việc tự động hóa quá trình lập kế hoạch sản xuất sẽ thúc đẩy quá trình tự động hóa sự tích hợp giữa CAD và CAM

1.4.2 Lập quy trình công nghệ

Lập quy trình công nghệ là chức năng thiết lập khả năng gia công, đó là quá trình thiết

lập các nguyên công, các tham số, các thiết bị máy móc được sử dụng trong quá trình gia công Kết quả của việc lập quy trình công nghệ là biến phôi liệu thô thành các chi tiết máy hoàn chỉnh như đã trình bày trong bản vẽ kỹ thuật Nói cách khác, lập quy trình công nghệ là quá trình lập kế hoạch chi tiết cho quá trình gia công hoặc lắp ráp

Kết quả của việc lập quy trình công nghệ là một kế hoạch sản xuất được miêu tả tuần tự quá trình gia công hoặc quá trình lắp ghép Kế hoạch sản xuất đôi khi cũng được gọi là bảng tổng hợp công việc hoặc tổng hợp kế hoạch sản xuất Bên trong các nguyên công, việc lựa chọn và thiết kế đồ gá, dao cụ cũng là một vấn đề lớn của việc lập quy trình công nghệ

SVTH: Vũ Đức Toàn 17

Việc chọn dao cũng bao gồm cả dao và máy được sử dụng trong quá trình công nghệ

Đồ gá là các thiết bị dẫn hướng cho dao hoặc giữ phôi cho quá trình gia công

Quá trình lắp ghép cũng cần đến các hệ số như: kích thước chi tiết, độ chính xác gia công, độ bóng bề mặt, chất lượng mối ghép cũng như vật liệu chi tiết Các phương pháp lập quy trình công nghệ cũng có thể được chia thành các dạng sau :

1.4.2.1 Lập quy trình công nghệ bằng tay

Theo cách truyền thống, quá trình lập quy trình công nghệ được thực hiện bằng tay

Trong phương pháp này, người kỹ thuật xác định bản vẽ kỹ thuật cảu một chi tiết cần thực hiện và lập sơ đồ công nghệ cần thiết cho quá trình sản xuất Quá trình lập kế hoạch có thể được thực hiện đơn giản hoặc tỉ mỉ để tạo lập các nguyên công phụ thuộc vào môi trường sản xuất Đối với một số phân xưởng, các nhà kỹ thuật có tay nghề cao và hầu hết các chi tiết sản xuất đều thuộc một loại sản phẩm, quá trình lập kế hoạch sản xuất là không đáng kể Tuy nhiên, nếu chi tiết được sản xuất hoàn toàn trong dây truyền tự động, việc lập quy trình công nghệ sẽ phải bao gồm đầy đủ các tham số của mỗi nguyên công Với hình thức này, có thể không cần chú ý đến tính chất tỉ mỉ của việc lập quy trình

Sự chuẩn bị phụ thuộc chủ yếu vào sự hiểu biết của người lập kế hoạch, vào khả năng gia công, dao cụ, vật liệu, thực tế sản xuất, giá cả

Để lập kế hoạch cho các sản phẩm mới, người lập kế hoạch thường tiến hành theo các bước sau:

thuật để xác định cấu trúc cơ bản của chi tiết và mức độ sản xuất, xem xét việc sử dụng thiết bị đồ gá, kẹp chặt có phù hợp, chi tiết có đủ cững vững khi kẹp chặt không,…

biết được kích thước, hình dạng của chi tiết Sự nhận biết này sẽ giúp kế hoạch viên xác định hình dạng phôi sao cho lượng dư phù hợp với từng nguyên công

thiết bị gia công ít nhất và thiết bị gia công cần thiết để gia công các mặt cơ sở Sau đó xác định thiết bị gia công để gia công các bề mặt khác

hoặc hình dạng hình học sẽ bị loại bỏ để hình thành nên các chi tiết Hình dạng bao gồm các đặc tính hoặc các đặc tính con của chi tiết để xác định hình dạng của dao cụ, sự dịch chuyển của máy và đường chạy dao cần cho quá trình gia công

ghép nhóm các đặc tính chi tiết để mỗi nhóm có thể được sản xuất trong một loại thiết bị

SVTH: Vũ Đức Toàn 18

tương tự Một số đặc tính có thể được gia công trên các thiết bị đã được lựa chọn để gia công các bề mặt cơ sở, một số khác có thể phải cần đến các thiết bị mới cho quá trình gia công

tự các nguyên công cần thiết để tạo ra các bề mặt, các đặc tính

dao cho nhiều nguyên công Sự cân đối giữa thời gian thay dao cũng phải được xem xét

để tiết kiệm thời gian

- Lựa chọn hoặc thiết kế đồ gá cho mỗi nguyên công: Việc lựa chọn hoặc thiết kế đồ

gá phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của kế hoạch viên Việc lựa chọn đồ gá rất quan trọng trong việc chế tạo ra chất lượng của sản phẩm

tính khả thi của các thiết bị, kiểm tra va chạm giữa dao, máy và đồ gá

nghệ để tạo ra các đặc tính riêng, chọn bước tiến dao, tốc độ trục chính, xác định giá cả và thời gian tiêu chuẩn,…

- Hiệu chỉnh tài liệu kế hoạch: Kế hoạch viên hiệu chỉnh lại tài liệu, hồ sơ thiết lập

kế hoạch và đưa đến bộ phận sản xuất

1.4.2.2 Lập quy trình công nghệ tự động

Để khắc phục những hạn chế trong phương pháp lập quy trình công nghệ bằng tay, với sự trợ giúp của máy tính và công nghệ vi điện tử, các hệ thống lập quy trình công nghệ có sự trợ giúp của máy tính đã ra đời và đã được ứng dụng rất hiệu quả trong công nghệ

Với sự tích hợp của CAD/CAM/CAPP quá trình sản xuất sẽ được tiến hành tự động và hoàn chỉnh từ khâu thiết kế đếnđươ gia công

Các hệ thống CAPP đã được phát hiện từ rất lâu và ngày càng hoàn thiện cho việc lập quy trình công nghệ như: CAM-I CAPP, MIPLAN, MITURN, MIAPP,

Lập quy trình công nghệ có thể được chia thành hai hệ chính sau:

- Phương pháp khả truy

- Phương pháp khả sinh

1.4.3 Các khái niệm cơ bản về lập trình chi tiết

Một chương trình chi tiết bao gồm các thông tin về hình học và công nghệ cho quá trình gia công Do đó lập trình viên phải biết cách mô tả các thông tin này trong chương

SVTH: Vũ Đức Toàn 19

trình chi tiết Điều quan trọng đầu tiên để miêu tả theo quy luật các thông tin về hình học

và chuyển động là một hệ thống tọa độ để xác định tọa độ của các điểm

1.4.3.1 Hình thức lập trình bằng tay

Theo hình thức này, lập trình viên mô tả chương trình gia công mà không có sự trợ giúp của máy tính, gọi là bản thảo chương trình chi tiết Mỗi dòng tương đương với một khối lệnh trong chương trình và được kết thúc bởi ký hiệu EOB

Hạn chế của hình thức lập trình bằng tay là rất khó lập trình khi gặp các chi tiết phức tạp, tốn thời gian cho việc tính toán các đường chạy dao

1.4.3.2 Lập trình có sự trợ giúp của máy tính

Theo hình thức này, lập trình viên sử dụng ngôn ngữ lập trình mà máy tính có thể hiểu

được Theo cách này, chương trình máy tính phải có hai việc Trước tiên, các đối tượng hình học của chi tiết phải được định nghĩa Tiếp theo là việc phải định nghĩa cấu trúc dao

để gia công dọc theo các đối tượng hình học Việc bù dao sẽ được tính toán tự động bởi

hệ thống

Theo hình thức này, lập trình viên phải thực hiện một số bước sau:

tiến, tốc độ trục chính và các tham số gia công

chi tiết, các chuyển động cắt gọt và cấu trúc chương trình gia công, việc mã hóa này được gọi là chương trình nguồn Một trong những ngôn ngữ lập trình đầu tiên cho ứng dụng này là ngôn ngữ lập trình APT (Automatically Programmed Tools)

biết như là tập tin CL (Cutter Location Data File)

Ngày nay việc lập trình theo hình thức này đã không còn phổ biến vì sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các hệ thống CAD/CAM

điểm, đường, bề mặt, khối…)

SVTH: Vũ Đức Toàn 20

năng quản lý và điều khiển sản xuất như lập trình chế tạo, lập kế hoạch sản xuất, quản lý chất lượng sản phẩm, hoạch định nguồn lực sản xuất

Quy trình thực hiện theo công nghệ CAD/CAM gồm các bước sau :

- Xác lập tiến trình gia công

Các điểm cần chú ý khi thiết kế khuôn :

+ Xác định loại khuôn cần thiết kế

+ Xác định tính năng kỹ thuật, tuổi thọ, hình thức sử dụng của khuôn

+ Lựa chọn vật liệu và phương pháp xử lý bề mặt tạo hình của khuôn

+ Lựa chọn phương pháp chế tạo khuôn, trang thiết bị, máy móc…

2.2 Khuôn cho sản phẩm nhựa :

Được sử dụng để tạo hình cho các sản phẩm nhựa theo các phương pháp gia công khác nhau

Việc phân loại khuôn cho sản phẩm nhựa chủ yếu dựa trên 2 phương pháp là: Phương pháp gia công và theo cấu tạo khuôn

Theo phương pháp gia công nhựa có :

- Khuôn ép : Dạng khuôn này dùng để tạo hình sản phẩm nhựa từ nguyên liệu nhựa được nung nóng và ép vào long khuôn

- Khuôn đùn : Được sử dụng để tạo ra các sản phẩm dạng tấm, thanh, ống…

- Khuôn đúc phun : Là loại khuôn được sử dụng khá thông dụng

- Khuôn tạo hình nhiệt ép : Sử dụng lực ép để tạo hình sản phẩm, loại khuôn này ít được sử dụng

- Khuôn thổi định hình : Được sử dụng để tạo hình các chi tiết rỗng dạng chai, lọ… Phân loại khuôn theo kết cấu :

- Khuôn một lòng khuôn

- Khuôn nhiều lòng khuôn

- Khuôn hai tấm

Hình 2.1 : Cấu tạo khuôn ép nhựa

Chức năng các bộ phận khác nhau của khuôn nhựa

Tấm kẹp phía trước : kẹp phần cố định của khuôn và máy ép nhựa

Tấm khuôn phía trước : là phần cố định của khuôn, tạo thành phần trong và phần ngoài của sản phẩm

Tấm khuôn sau : là phần chuyển động của khuôn tạo nên phần trong và phần ngoài của sản phẩm

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

Tấm đỡ : giữ cho mành ghép của khuôn không bị rời ra ngoài

Khối đỡ : dùng làm tấm ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía sau để tấm đẩy hoạt động được

SVTH: Vũ Đức Toàn 23

Tấm giữ : Giữ chốt đẩy và tấm đẩy

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

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

Chốt dẫn hướng : dẫn phần chuyển động tới phần cố định của khuôn ( để liên kết chính xác 2 phần của khuôn)

Bạc dẫn hướng : để tránh mài mòn nhiều hoặc làm hỏng tấm khuôn sau ( có thể thay thế được)

Bạc mở rộng : dùng làm bạc kẹp để tránh mài mòn, hỏng tấm kẹp phía sau khối ngăn

và tấm đỡ

Bộ định vị : đảm bảo cho sự phù hợp giữa phần cố định và phần chuyển động của khuôn

Chốt hồi về : làm cho chốt đẩy có thể quay trở lại khi khuôn đóng lại

Chốt đẩy : dùng để đẩy sản phẩm ra khổi khuôn khi khuôn mở

Bạc dẫn hướng chốt : để tránh hao mòn và hỏng chốt đỡ, tấm đẩy và tấm giữ do chuyển động mạnh giữa chúng

Chốt đỡ : dẫn hướng chuyển động và đỡ cho tấm đỡ, tránh cho tấm đỡ khỏi bị cong

SVTH: Vũ Đức Toàn 24

2.4.6 Khối đỡ :

Có tác dụng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía sau Tạo khoảng hở cho tấm đẩy hoạt động được

Khối đỡ được đặt trên tấm kẹp phía sau và làm tăng độ cứng vững cho tấm đỡ

Khoảng cách giữa hai khối hợp lý sao cho tấm đẩy hoạt động tốt không bị vướng trong quá trình đẩy sản phẩm

Hình 2.2 : Các loại vòng định vị

2.4.10 Chốt dẫn hướng

Chốt dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng cho tấm khuôn trước và tấm khuôn sau

Tổ hợp chốt bạc dẫn hướng có thể có, được coi như một chi tiết tiêu chuẩn Ưu điểm

là có sự liên hệ giữa các tấm khuôn và tấm đỡ Hệ thống này kết hợp với chốt-bạc dẫn hướng tiêu chuẩn sẽ tạo nên mối liên kết chặt chẽ giữa tất cả các tấm khuôn lại được tiến hành đồng thời với việc định vị chốt-bạc dẫn hướng

SVTH: Vũ Đức Toàn 25

a, Loại trơn không vai b, Loại có vai

Hình 2.3 : Chốt dẫn hướng

2.4.11 Bạc dẫn hướng

Bạc dẫn hướng đơn giản nhất là khoan lỗ chính xác trên tấm khuôn

Tuy nhiên nó gây khó khăn cho việc sửa chữa khi bị mòn

Thường bạc dẫn hướng được chế tạo bằng các vật liệu như đồng, đồng thau hoặc đối với quá trình sản xuất hàng loạt lớn thì ta dùng thép đã qua tôi

Hệ thống chốt hồi có chức năng đưa tấm đẩy phía sau và giữ cố định tấm đẩy trong khi

khuôn đóng hoàn toàn

2.4.13 Chốt đẩy :

Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi mở

Khoảng đẩy : phải lớn hơn từ 5 đến 10mm so với chiều cao của sản phẩm được lấy ra

từ khuôn sau

Thiết kế hệ thống đẩy cần đảm bảo là không làm yếu khuôn sau

Hướng nằm ở khuôn sau để dễ điều khiển đẩy sản phẩm ra

Bạc dẫn hướng có nhiều loại và nhiều cách chế tạo khác nhau, kiểu bạc dẫn hướng dễ nhất là khoan lỗ chính xác vào tấm khuôn, tuy nhiên sẽ khó sửa chữa khi chi tiết bị mòn

Do đó thường làm bạc dẫn hướng dưới dạng một miếng ghép Có thể bằng đồng hoặc đồng thau hoặc với dạng sản xuất lớn thì dùng thép đã tôi

2.4.15 Bạc cuống phun

Nối vòi phun và kênh nhựa với nhau qua tấm kẹp phía trước và tấm khuôn trước

Hình 2.6 : Một số loại bạc cuống phun

2.5 Hệ thống đẩy trong khuôn

Các phần tử trong hệ thống đẩy

Các chốt đẩy được gia công rất chính xác và được chọn theo tiêu chuẩn Thông

thường, các chốt đẩy chỉ được gia công chính xác ở phần dẫn hướng và được lắp theo hệ thống trục Độ cứng của thân chốt khoảng 60 - 65 Rc, độ cứng của đầu chốt khoảng 30 -

35 Rc

2.6 Hệ thống làm nguội khuôn

Nhựa lỏng sau khi vào khuôn được làm nguội thật nhanh để đạt được hình dạng của sản phẩm Nếu làm nguội khuôn không tốt thì nhựa sẽ gia nhiệt cho khuôn và quá trình

2.6.1.2 Làm nguội bằng nước hoặc hỗn hợp ethylene glycol và nước: (Hình b)

Đây là phương pháp được dùng rộng rãi nhất hiện nay Theo phương pháp này, khuôn được làm nguội nhờ vào các kênh dẫn chứa chất làm nguội được bố trí trong các tấm khuôn

SVTH: Vũ Đức Toàn 28

Ban đầu lớp nhựa đông lại rất mỏng vì thế nhiệt mất đi rất nhanh, sau đó càng nhiều nhiệt bị mất đi khi qua lớp nhựa mỏng tạo nên lớp nhựa đông dày hơn Sau một thời gian, lớp nhựa đông sẽ đạt được độ dày nhất định thì nhiệt thu được từ nhựa và nhiệt ma sát sinh ra từ dòng chảy sẽ cân bằng với lượng nhiệt đã mất

Vì nhựa dẫn nhiệt kém nên lớp vỏ ngoài sẽ đóng vai trò là lớp cách nhiệt cho lõi trong của nhựa nóng chảy và giữ nhiệt cho lõi trong Do đó nguyên liệu nhựa vẫn có thể chảy qua lõi giữa trong quá trình phun Nếu tốc độ phun tăng thì lớp nhựa đông lại sẽ bị mỏng Hình 3.39 : Hệ thống kênh dẫn nhựa

đi do nhiệt ma sát sinh ra cao hơn Tương tự như thế, độ nóng chảy và nhiệt độ của khuôn cao sẽ làm giảm độ dày của lớp nhựa đông lại

Để có được lớp cách nhiệt bằng phẳng, không nên để có góc nhọn làm cản trở dòng chảy Hơn nữa vùng làm nguội chậm khó qua được ở cuối của cuống phun và kênh nhựa tốt nhất là làm rốn như dùng cho vật liệu cứng, điều này cho phép nhựa nóng chảy có thể chảy qua

Hệ thống dẫn nhựa gồm có : Cuống phun, kênh dẫn nhựa, miệng phun thường trong thiết kế người ta thiết kế kênh dẫn và miệng phun trước rồi mới đến cuống phun vì kích thước của cuống phun phụ thuộc vào

kích thước kênh dẫn và miệng phun

2.8 Một số lưu ý khi thiết kế khuôn:

2.8.1.Thiết kế bề dày thành chính

2.8.1.1 Bề dày chính càng mỏng càng

tốt nhưng phải đủ dày

Khi chọn bè dày chính, mục tiêu của

nhà thiết kế là cần phải tối thiểu bề dày

đồng thời thoả mãn các yêu cầu về chức

năng sản phẩm Khi tăng bề dày thành,sẽ làm tăng co rút sản phẩm Co rút nhiều nghĩa là nguy cơ cong vênh lớn Mặt khác, sản phẩm thành mỏng sẽ làm tăng sản xuất, do ít sử dụng nguyên liệu và thời gian chu kỳ ép Theo tính toán người ta nhận thấy rằng nguyên liệu sử dụng và thời gian làm nguội chiếm 70% giá thành sản phẩm Bề dày tối thiểu của sản phẩm được giới hạn bởi quá trình chảy của vật liệu và áp suất điền khuôn, áp suất điền khuôn không được vượt quá 500bar

2.8.1.2 Bề dày thành đồng nhất:

không đều dẫn đến cong vênh Mục tiêu chính của các nhà thiết kế sản phẩm nhựa ép phun là cần giữ bề dày thành chính đồng nhất trên sản phẩm Ngoài ra, người ta còn phải

vì làm thành dạng nguyên khối

2.8.1.4 Các lỗi khi sản phẩm có bề dày không đồng nhất :

Sản phẩm có bề dày không đồng nhất trong quá trình ép gây ra các khuyết tật như : tạo bọt khí, cong, vênh, bề mặt không bằng phẳng và tạo ứng suất nội

ít nhất Vì vậy, phần sản phẩm dày sẽ điền khuôn trước rồi sau đó phần sản phẩm mỏng mới điền khuôn nên tạo bọt khí trong sản phẩm

Các thiết kế có bề dày không đồng nhất sẽ ảnh hưởng đến cong vênh được mô tả trong hình sau ( Hình 3.84 )

Hình 2.9 : Khắc phục cong vênh bằng cách thiết kế bề dày đồng nhất

SVTH: Vũ Đức Toàn 30

Sau đây là một hình ảnh phân tích dòng chảy bằng chương trình Molflow của các sản phẩm có bề dày thành không đồng nhất Các hình ảnh phân tích cho ta thấy sự điền khuôn không đồng nhất và các khuyết tật của sản phẩm trong quá trình điền khuôn

Hình 2.11 Hình ảnh trên mô tả ảnh hưởng của bề dành sản phẩm không đồng nhất đến khả năng điền khuôn của sản phẩm Sản phẩm trên có vùng dày bên ngoài và mỏng bên trong, cổng phun được đặt tại vùng này Khi nhựa bơm vào khuôn thì sẽ điền đầy vùng dày trước và tạo dòng chảy không đồng nhất khi điền phần trong Trên hình cho thấy sản phẩm bị bọt khí tại vùng mỏng, vùng này không được điền đầy

Ảnh hưởng của dòng chảy không đồng nhất thường gây ra hiện tượng phun thiếu trong sản phẩm có bề dày không đồng đều Hình sau đây mô tả ảnh hưởng của dòng chảy đến hiện tượng phun thiếu

Hình 1.12 Sau đây là một số cách thiết kế làm cho bề dày sản phẩm đồng nhất :

SVTH: Vũ Đức Toàn 31

Hình 2.13

2.8.2.Thiết kế góc thoát khuôn

Góc thoát khuôn được thiết kế sao cho sản phẩm được lói ra khỏi khuôn một cách dễ dàng Khi thiết kế góc thoát khuôn phải làm sao giảm lực lói sản phẩm Thường góc thoát cho gân khoảng ½ độ, với sản phẩm có hình dáng phức tạp thì có thể tăng góc thoát khuôn, thường góc thoát từ ½ đến 2 độ

Sau đây là một số ví dụ về góc thoát khuôn cho sản phẩm và gân:

Hình 2.14 : Góc thoát khuôn cho sản phẩm và gân

2.8.3.Thiết kế gân ( Hình 3.90 )

SVTH: Vũ Đức Toàn 32

Gân có tác dụng làm tăng tốc độ bền của sản phẩm và giúp cho quá trình điền khuôn dễ

dàng hơn.Tuy nhiên, việc thiết kế đúng là rất quan trọng bởi vì đôi khi nó sẽ gây ra các vết lõm Gân được sử dụng khi sản phẩm cần độ cứng và bền

Độ dày cơ bản của gân khoảng 50-75% độ dày thành chính và phụ thuộc co rút của vật liệu Độ dày gân bằng khoảng 50% độ dày thành chính đối với vật liệu co rút cao và 75% cho vật liệu có độ co rút thấp Vật liệu có độ co rút cao(thường lớn hơn 1.5% như PE,PP) những vật liệu có độ co rút thấp (thường nhỏ hơn 1.0% nhu ABS,PC)

Để đảm bảo sản phẩm có độ chịu lực,người ta thiết kế nhiều gân nhỏ hơn là sử dụng một gân lớn Khoảng cách tối thiểu giữa các gân bằng hai lần bề dày thành sản phẩm

Hình 2.15

2.8.4.Thiết kế núm lồi ( Hình 3.91 , 3.91 , 3.93)

Núm lồi thuờng là các chi tiết tròn cứng,nhô cao khỏi thành chính Các núm lồi thưòng được đặt giữa các gân,như các thành chuyển tiếp hay các vách tam giác Các núm lồi này thường có thể đứng một mình hay kết nối với các thành phần bên gân Núm lồi không nhất thiết phải đính trên thành sản phẩm vì các vùng giao tiếp với thành sẽ tạo ra vùng dày gây ra các vết lõm tạo lỗ hoặc tạo ra cấu trúc yếu do hiện tượng giao dòng

Các vách tam giác có cấu trúc mỏng thường được gia cố cho các núm lồi Các vách này được thiết kế theo nguyên lý về độ dầy và bán kính giống như thiết kế gân Chúng không được cao quá 4 lần so với thành chính:

Hình 2.16

Hình 2.18 Với các chi tiết nhựa dùng trong các chi tiết lắp ghép thì cần thiết núm bắt vít Thông thường có hai loại núm bắt vít là núm lỗ bít và núm lỗ thông

Phương pháp giảm chiều cao của núm lỗ thông không cho dễ gia công bằng cách tăng chiều dài của phần lỗ thông lắp ghép với chúng (Hình 2.19)

SVTH: Vũ Đức Toàn 34

2.8.5.Thiết kế bán kính cong cho sản phẩm

Với các cấu trúc cho dù đó là kim loại hay là nhựa, tốt nhất các góc của sản phẩm nên được bo tròn Khi bo tròn các góc cạnh của sản phẩm thì sẽ giảm sự tập trung ứng suất, không những giảm các vết rạn gây hư hại cho sản phẩm trong quá trình sử dụng mà còn

dễ dàng gia công với nhiều loại nhựa khác nhau

Bán kính cong càng lớn thì càng tốt, nhưng tối thiểu bán kính cong phải bằng 25% bề dầy thành sản phẩm

Để giữ cho bề dày sản phẩm đồng nhất thì phải thiết kế bán kính cong ở hai bên góc

Hình 2.20

SVTH: Vũ Đức Toàn 35

CHƯƠNG III : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CIMATRON TRONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN CHO CẶP SẢN PHẨM ĐẾ VÀ NẮP Ổ CẮM ĐIỆN

3.1 Tổng quan về phần mềm Cimatron

3.1.1.Giới thiệu chung về phần mềm Cimatron :

- Cimatron là phần mềm tích hợp CAD/CAM trợ giúp mạnh mẽ cho việc thiết kế và gia công khuôn mẫu chính xác

- Các chức năng chính của phần mềm Cimatron bao gồm :

+ Cung cấp các chức năng thiết kế, tạp lập các mô hình để mô hình hóa hình học các chi tiết

+ Mô phỏng động học quá trình làm việc và gia công khuôn

+ Kết nối với các máy công cụ CNC trong việc gia công khuôn mẫu chính xác

- Ngoài ra Cimatron cũng có khả năng kết nối với các phần mềm ứng dụng khác

- Môi trường tạo lập và thiết kế chi tiết trong Cimatron rất trực quan và quen thuộc (

cơ bản giống một số phần mềm thiết kế 3D hiện nay như Solid Work , Inventer ) do vậy tạo cảm giác quen thuộc khi thiết kế

- Khả năng thiết kế theo tham số của Cimatron là một tiện ích quan trọng trong việc thiết kế , tạo lập , hiệu chỉnh và quản lý các mô hình hình học

SVTH: Vũ Đức Toàn 36

Chính nhờ các chức năng như trên mà Cimatron là phần mềm thiết kế khuôn được sử dụng rộng rãi nhất trong số những phầm mềm chuyên về thiết kế khuôn hiện nay.Với các loại khuôn và các chi tiết được chuẩn hóa trên thế giới , cùng với việc phân tích được các lỗi mắc phải trong thiết kế giúp cho quá trình thiết kế khuôn thêm hiệu quả hơn nữa

3.1.2.Các môi trường làm việc trong cimatron :

- Part : môi trường thiết kế hình dáng hình học của chi tiết

- Assembly: môi trường lắp ghép các chi tiết trong cụm chi tiết thiết kế với nhau

- Drawing : Môi trường mà từ đó ta xuất ra bản vẽ chi tiết của đối tượng cần thiết kế

- Môi trường thiết kế khuôn mẫu cho chi tiết cần gia công

- NC : Tại môi trường này người thiết kế với sự hỗ trợ của phần mềm sẽ xuất ra file NC để gia công khuôn mẫu

- Môi trường gia công xung : Electrode

3.1.2.1.Môi trường Part Design Wofkbench :

Khởi động môi trường Part : Khi khởi động phần mềm Cimatron , dao diện khởi động

sẽ hiện lên như trong hình 4.1,thứ tự khởi động môi trường Part theo các bước như sau : File ⇒ New Document ( hoặc nhấn tổ hợp phím Ctr+N ), một hộp thoại New Document

sẽ được mở ra ( Hình 4.3),ta nhấp chọn Part ⇒ Ok

Hình 3.1 : Giao diện mở đầu khi khởi động Cimatron

SVTH: Vũ Đức Toàn 37

* Trong môi trường Part lúc này chỉ có hệ quy chiếu mà không có các mặt phẳng làm việc, do vậy ta phải gọi các mặt phẳng làm việc ra ( hình 4.2) :

Trên thanh công cụ chính trọn : Datum Plane

Khi đó sẽ có năm lựa chọn cho việc xác định mặt phẳng :

Hình 3.2:Chọn mặt phẳng làm việc + Parallel : Tạo một mặt phẳng song song với một mặt phẳng nào đó

+ Normal : Tạo một mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng đã được chỉ định

+ Main plane : Gọi mặt phẳng chính trong hệ quy chiếu đã cho

+ Hình 3.3 : Lựa chọn môi trường làm việc + Inclined plane : Tạo một mặt phẳng nghiêng một góc với mặt phẳng cho trước + Defined by : Mặt phẳng được xác định bởi người thiết kế tạo

- Coner : lệnh vê tròn hoặc vát cạnh

- Dynamic trim : lệnh cắt bỏ đoạn thừa

- Move : lệnh di chuyển một đối tượng có sẵn tới vị trí khác

- Mirror : đối xứng chi tiết qua một đường thẳng

- Dimmension : ghi kích thước

- Add Reference : Lệnh chọn điểm tham chiếu

- Delete : xóa bỏ đối tượng

SVTH: Vũ Đức Toàn 39

Hình 3.4 : Môi trường và thanh công cụ Sketch Sau khi đã hoàn thiện phần vẽ phác cho một Feature cần tạo ta phải thoát khỏi môi

thanh công cụ sketch để thoát khỏi môi trường Sketch ) ,sau đó tạo dựng mô hình 3D của Feature đó bằng việc sử dụng lệnh các lệnh tạo khối 3D trong thanh công cụ Solid và thanh công cụ tạo mặt Face ( hình 4.5 )( hoặc lựa chọn Solid trên thanh công cụ chính)

Hình 3.5 : Các thanh công cụ tạo dựng mô hình mặt và khối rắn

* Một số lệnh tạo khối cơ bản cần chú ý trong môi trường Part :

- Lệnh Extrude : tạo khối bằng cách đùn một biên dạng kín để thành một khối rắn

Có 2 lệnh Extrude là New Extrude ( tạo lập một khối riêng biệt với một khối đã có sẵn ) và Add Extrude ( tạo lập một khối gắn liền với một khối có sẵn)

- Lệnh Revolve : tạo khối dạng tròn xoay bằng cách cho một biên dạng kín xoay quanh một trục xoay nào đó