Nghiên cứu ứng dụng phần mềm solidworks để thiết kế khuôn đúc áp lực tay

Các phương pháp tạo hình sản phẩm khác nhau hình thành các công nghệ khác nhau như đúc ly tâm, đúc trong khuôn gốm, đúc áp lực, đùn, rèn, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vĩnh c

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

-

Nguyễn Văn Thiết

“Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Solidworks để thiết kế khuôn đúc áp lực tay phanh xe

máy”

Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Trần Văn Địch

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Văn Thiết

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6

Chương 1 :TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC & KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC 8

1.1 Đúc thông thường 8

1.2 Đúc đặc biệt 9

1.3 Tổng quan về đúc áp lực 10

1.4 Khuôn đúc áp lực 11

Tổng kết chương 1: 18

Chương 2 :TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM CAD/CAM/CAE/SolidWorks 19

2.1 Lịch sử phát triển 19

2.2 Công nghệ CAD 20

2.3 Công nghệ CAM 20

2.4 Công nghệ CAE 21

2.5 Mối liên hệ giữa CAE/CAM/CAE 21

2.6 Giới thiệu chung về SolidWorks 22

Tổng kết chương 2: 26

Chương 3 :THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC SẢN PHẨM TAY PHANH XE MÁY 27

3.1 Giới thiệu sản phẩm và phân tích sản phẩm 27

3.1.1 Giới thiệu sản phẩm 27

3.1.2 Phân tích sản phẩm 27

3.1.3 Bản vẽ sản phẩm 27

3.2 Thiết kế khuôn trên phần mềm Solidworks 2013 29

Tổng kết chương 3: 31

Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÕI KHUÔN 32

4.Các phương pháp chọn phôi 32

4.1 Phương pháp đúc 32

4.1.1 Định nghĩa và đặc điểm: 32

4.1.2 Phương pháp Rèn - Dập 32

4.3 Thiết kế sơ bộ tiến trình công nghệ gia công cơ 33

4.4 Tính lượng dư cho một bề mặt và tra lượng dư cho bề mặt còn lại 33

4.5 Tính chế độ cho một nguyên công và tra cho các bề mặt còn lại 37

4.6 Mô phỏng gia công lòng khuôn trên phần mềm Soidcam 2013 72

Tổng kết chương 4: 75

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 76

PHỤ LỤC : I 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng (3.38)[5] ta có các thông số Rzi và Tai qua từng bước công nghệ 34

Bảng (3.91) [5] ta có: 36

Bảng lượng dư: 37

Bảng chế độ cắt 42

Bảng thông số chế độ cắt 44

Bảng thống kê chế độ cắt 50

Bảng chế độ cắt cho gia công ren M 20 53

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Khuôn cát 8

Hình 1.2 Khuôn đúc kim loại 9

Hình 1.3 Khuôn đúc áp lực 9

Hình 1.4 Máy đúc áp lực 10

Hình 2.1 Sơ đồ quan hệ các khối chức năng hệ thống CAD/CAM/CAE/CNC 21

Hình 2.2 Giao diện của phần mềm Solidworks 22

Hình 2.3 Xâu dựng mô hình khối 3D 23

Hình 2.4 Khuôn mẫu thiết kế trên phần mềm Solidworks 24

Hình 2.5 Lập trình gia công trên phần mềm Solidcam 25

Hình 2.6 Khuôn mẫu thiết kế trên phần mềm Solidworks 26

Hình 3.2 Bản vẽ chi tiết tay phanh xe máy 28

Hình 3.3 Lõi khuôn tĩnh 29

Hình 3.4 Lõi khuôn động 30

Hình 3.5 Hệ thống chốt xiên; bạc dẫn hướng… 30

Hình 3.6 Khuôn đúc áp lực 31

Hình 4.1 Phay mặt đầu kẹp bằng êtô 38

Hình 4.2 Mài phẳng 45

Hình 4.3 Phay mặt đầu kẹp bằng êtô 64

Hình 4.4 Mài phẳng 68

Hình 4.5 Đường chạy dao gia công lòng khuôn động 72

Hình 4.6 Mô phỏng gia công lòng khuôn động 73

Hình 4.7.Đường chạy dao gia công lòng khuôn tĩnh 74

Hình 4.8.Mô phỏng gia công lòng khuôn tĩnh 75

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay sản phẩm nhôm đã chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vật liệu nhôm ngày càng có những tính chất ưu việt như về chất lượng về độ bền … Các sản phẩm từ nhôm phát triển theo đặc biệt trong đó phải kể đến ngành công nghiệp đúc áp lực cho sản phẩm nhôm ra đời và cho ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng chủng loại phục vụ cho đời sống của con người

Nắm bắt được tình hình đó thầy hướng dẫn đã định hướng và giao nhiệm vụ cho nghiên

cứu đề tài:“ Nghiên cứu ứng dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế khuôn đúc áp lực tay phanh xe máy” Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm những vấn đề sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ đúc & khuôn đúc áp lực

Chương 2: Tổng quan về các phần mềm CAD/CAM/CAE/ SolidWorks

Chương 3: Thiết kế khuôn đúc áp lực

Chương 4: Thiết kế công nghệ gia công lõi khuôn

Xin chân thành cảm ơn GS.TS Trần Văn Địch người đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn Xin cảm ơn Viện đào tào Sau đại học, các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy – Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành đề tài này

Tác giả rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp để hoàn thiện hơn cho các công trình nghiên cứu sau này

Chương 1 :TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC & KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC

Đúc là một phương pháp đơn giản, không tốn kém và linh hoạt trong việc tạo hình và đó

là phương pháp đầu tiên được sử dụng trong việc chế tạo các chi tiết Ngày nay đúc vẫn tiếp tục là một phương pháp tạo hình được sử dụng rộng rãi nhất, bên cạnh đó những kỹ thuật mới cũng đang được áp dụng để cải tiến công nghệ đúc nhằm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm

Các phương pháp tạo hình sản phẩm khác nhau hình thành các công nghệ khác nhau như đúc ly tâm, đúc trong khuôn gốm, đúc áp lực, đùn, rèn, đúc trong khuôn mẫu chảy, đúc trong khuôn vĩnh cửu, đúc kim loại bột, đúc trong khuôn cát, v.v… song chúng có cùng một nguyên lý chung là kim loại được điền đầy vào lòng khuôn để tạo thành các bản sao của mẫu như mong muốn

Hình 1.1 Khuôn cát

1.2 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 trong khuôn kim loại, Đúc áp lực, Đúc ly tâm, Đúc liên tục và một số công nghệ đúc đặc biệt khác

Hình 1.2 Khuôn đúc kim loại

Hình 1.3 Khuôn đúc áp lực

Đúc trong khuôn kim loại là thuật ngữ chỉ một phương pháp sản xuất vật đúc bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn kim loại Vật đúc đông đặc dưới tác dụng của trọng trường mà

không chịu bất kỳ tác động nào khác Đây là phương pháp rất phổ biến hiện nay do nó có các đặc điểm sau đây:

- Khuôn được sử dụng nhiều lần

- Độ sạch và độ chính xác được nâng cao đáng kể

- Điều này sẽ làm giảm khối lượng gia công cơ khí

kim loại

- Nâng cao sản lượng hàng năm do giảm được kích thước đậu ngót và phế phẩm đúc

- Nâng cao năng suất lao động

- Tiết kiệm diện tích nhà xưởng do không cần chế tạo hỗn hợp làm khuôn và quá trình làm khuôn

Hình 1.4 Máy đúc áp lực

Những ưu điểm rộng rãi của công nghệ đúc, đặc biệt là đúc áp lực đã và đang được ứng dụng rộng rãi và chiếm một thị phần đáng kể trong công nghệ tạo hình nói chung, đặc biệt là những nước công nghiệp ô tô như Châu Âu, Nhật Bản và Mỹ

Việc sử dụng máy tính trong tính toán, thiết kế, mô phỏng quá trình đã được ứng dụng rộng rãi Những nghiên cứu gần đây cho thấy rằng các nhà máy đúc ở Mỹ sử dụng các phần mềm mô phỏng quá trình đúc và một nửa các nhà máy phụ tùng ô tô cũng sử dụng các phần mềm này Hai trường đại học ở Nhật Bản (Toyoku và Osaka) là những trường đứng đầu thế giới trong lĩnh vực nghiên cứu mô hình này với 1500 nhà máy đúc ở Nhật Bản sử dụng khoảng 150 phần mềm đúc trong việc thiết kế hệ thống đúc Mô phỏng quá trình đúc cũng được phát triển mạnh ở Châu Âu Mô hình này đã và đang được phát triển rộng rãi ở các quốc gia như Pháp, Thụy Sĩ, Đức và Scandinavia; phần mềm của Đức, Magmasoft, được nhiều các nhà sản xuất đúc biết đến và phần mềm Simulor cũng đã được sử dụng phổ biến ở Châu Âu

Công nghệ đúc vẫn đang phát triển và ứng dụng những công nghệ mới về vật liệu, những cải thiện về kỹ thuật trong tính toán và thiết kế, trong mô hình hóa và tối ưu hóa, trong việc tiết kiệm năng lượng cũng như tái chế nguyên liệu đã làm thay đổi nhiều những công nghệ chế tạo truyền thống, thay thế bằng công nghệ đúc cho năng suất, chất lượng với chi phí thấp, đánh dấu tiềm năng và ứng dụng của công nghệ đúc, đúc áp lực trong tương lai

1.4 Khuôn đúc áp lực

A Giới thiệu chung

Nguyên liệu kim loại lỏng chảy vào lòng khuôn phải qua các thành phần của hệ thống cấp liệu: bạc dẫn, bạc chia, kênh dẫn, miệng phun

2.1 Bạc dẫn

Bạc dẫn nằm trên khuôn cố định có tác dụng dẫn dòng kim loại lỏng từ đầu phun của máy phun Bạc này được chế tạo theo đầu phun của máy vì các đầu phun được chế tạo theo tiêu chuẩn

2.2 Bạc chia

Bạc chia nằm trên khuôn di động nối tiếp dòng kim loại lỏng từ bạc dẫn và chia chúng tới các kênh dẫn Bạc này được thiết kế theo mối ghép với bạc dẫn Do dòng kim loại lỏng khi đi qua chi tiết này bị đổi hướng nên ta phải có các góc lượn tránh không dòng kim loại bị chảy rối khi qua nó

2.3 Kênh dẫn

Kênh dẫn được thiết kế nằm hoàn toàn trên lòng khuôn di động Kênh được thiết kế sao cho thuận lợi việc đặt miệng phun mà không quá dài để nhanh chóng điền đầy khuôn không làm tổn thất áp lực khi phun Kích thước của kênh đủ lớn để vận chuyển lượng vật liệu vào lòng khuôn nhanh nhưng cũng đủ nhỏ để tiết kiệm vật liệu nhôm Trong khuôn thiết kế có hai lòng khuôn vì vậy chiều dài của các kênh tới các lòng khuôn cũng cần được cân bằng để áp lực phun trong lòng mỗi khuôn là như nhau

2.4 Miệng phun

Việc thiết kế hệ thống miệng phun là một công việc phức tạp Trong vấn đề này người thiết kế thực hiện dựa vào kinh nghiệm của một số người đi trước để đưa ra miệng phun có

hình dạng và kích thước như hình vẽ dưới đây Miệng phun là miệng mở giữa kênh dẫn và lòng khuôn Do vậy nó thường được giữ ở kích thước nhỏ nhất và được mở rộng nếu cần thiết (sau khi sản xuất thử ta có thể dùng phương pháp sửa nguội để mở rộng) Vị trí của miệng phun được đặt vào thân của sản phẩm vì tại đây sản phẩm có tiết diện trơn đều không có cản trở nên tạo ra dòng chẩy tốt hơn

2.5 Yêu cầu chung

Các chi tiết được chế tạo đạt độ chính cao, độ bóng bề mặt cao để tạo ra các mối lắp ghép

có độ chính xác, kín khít và không cản trở quá trình điền đầy lòng khuôn

B Hệ thống đẩy

2.6 Giới thiệu chung:

Chức năng của hệ thống đẩy là đẩy sản phẩm đúc khi đã đông cứng ra ngoài khi khuôn

mở Hệ thống này làm việc theo chu kỳ phụ thuộc vào tốc độ làm nguội, nhiệt độ đông cứng của sản phẩm Nó hoạt động nhờ sự đẩy của đầu đẩy của máy qua tấm đẩy Kích thước của các chi tiết trong hệ thống phụ thuộc kích thước, khối lượng sản phẩm Ngoài

ra tùy thuộc vào ý đồ của nhà thiết kế mà các chốt đẩy còn có hình dáng khác nhau mà ta

sẽ đề cập ở phần sau khi đi sâu vào chi tiết Ví dụ hệ thống đẩy thông thường:

2.7 Khoảng đẩy

Khoảng đẩy (ký hiệu là K1) là quãng đường dịch chuyển cần thiết của chốt đẩu để đẩy sản phẩm ra ngoài Với khoảng đẩy ta cần chú ý:

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

di động Tuy nhiên khoảng đẩy cũng không được quá dài vì chốt đẩy đôi khi rất nhỏ mà khoảng dẩy dài sẽ làm yếu hệ thống đẩy

Sau khi sản phẩm được lấy ra, hệ thống đẩy phải được trở về vị trí ban đầu để các chốt đẩy không làm hỏng bề mặt của lòng khuôn đối diện khi đóng khuôn, do vậy trong hệ thống này thường bố trí thêm các chốt hồi được đặt trên cùng tấm đẩy

Phẩn đỉnh của chốt đẩy về lý thuyết chỉ nằm ngang mức so với lòng khuôn nhưng trong thực tế có thể là trên dưới 0,05-0,1 mm Trong trường hợp này đỉnh của chốt đẩy bằng hoặc thấp hơn do sau khi đúc sản phẩm còn được mang đi gia công cơ

2.8 Độ dày tấm đẩy

Độ dầy tấm đẩy cũng rất quan trọng, tấm đẩy phải truyền toàn bộ áp lực đẩy và nếu tấm đẩy quá mỏng sẽ làm cho tấm đẩy bị uốn cong làm thay đổi lực đẩy Với sản phẩm là tay phanh xe máy có chiều dày là 12mm ta chọn tấm đẩy là 20mm

2.9 Kích thước chốt đẩy

Kích thước của chốt đẩy phụ thuộc kích thước sản phẩm nhưng trong chế tạo khuôn nên

có đường kính lớn hơn 3mm vì việc chế tạo các chốt và các lỗ chốt nhỏ có chiều dài lớn là rất khó khăn Trong trường hợp này ta chọn các chốt có kích thước từ 4-8mm tùy thuộc vào vị trí (được thể hiện trên hình vẽ khuôn)

2.10 Vị trí đặt chốt đẩy

Để đảm bảo đẩy sản phẩm ra một cách dễ dàng và ít ảnh hưởng đến hình dạng chi tiết thì ngoài những vị trí bắt buộc như bạc chia nhôm… thì cần bố trí vào các vị trí như đậu ngót, nơi

có lực cản trở lớn do vật liệu nằm sâu trong lòng khuôn và các vị trí khó quan sát như lỗ tịt nhằm che khuất vết trên sản phẩm do chốt đẩy để lại

2.11 Các chốt đẩy tròn

Đây là dạng chốt đẩy thông dụng được ưa dùng do có các ưu điểm như:

- Đơn giản dễ đưa vào lòng khuôn

- Những lỗ tròn và chốt tròn rất dễ gia công

Tuy nhiên trong trường hợp chốt dài thì việc gia công được những chố nhỏ, lỗ nhỏ chính xác gặp phải những khó khăn Trong trường hợp này cần phải doa rộng lỗ chốt đẩy để tăng đường kính chốt đẩy (hình vẽ), chiều dài của lỗ doa có đường kính lỗ D nên lấy theo công thức:

Đối với những lỗ nhiệt luyện trước khi gia công:

Đối với những lỗ đã nhiệt luyện:

Chiều dài lỗ trong khoảng mm

2.12 Sự đẩy cuống phun-Kênh nhôm-Miệng phun

2.13 Sự đẩy cuống phun

Hệ thống này phải thực hiện hai hành động:

-Thứ nhất là kéo cuống phun ra khỏi bạc phun khi hai nửa khuôn tách nhau ra

-Thứ hai là đẩy cuống phun và góp phần đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn di động

Đồi với hành động thứ nhất ta cần một bộ phận kéo cuống phun Để thực hiện nhiệm vụ này ta sử dụng kết cấu hình chữ Z, nó đơn giản và dễ dàng loại kim loại bám vào hốc chữ Z khi đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn

2.14 Sự đẩy kênh nhôm- miệng phun

Kênh nhôm và miệng phun được đẩy đồng thời với sản phẩm do miệng phun được thiết

kế ở dạng thoáng và có phần chung lớn với kênh nhôm nên rất dễ chuyển động cùng với kênh

Để thực hiện quá trình đẩy được êm, đủ khỏe ta bố trí chốt đẩy 8 vào kênh nhôm

2.15 Quá trình hồi chốt tự động

Trong quá trình sản xuất đúc áp lực thường được thực hiện một cách tự động Quá trình đóng mở khuôn (một chu trình chính làm việc) xen kẽ nhau một cách nhịp nhàng nhờ việc tính toán chính xác thời gian cho mỗi hành động Để cho hệ thống làm việc linh hoạt như vậy

ta cần có một hệ thống đẩy tin cậy mà trong đó yêu cầu sản phẩm phải được rơi ra một cách

dễ dàng trước khi hai nửa khuôn khép lại để tránh làm hỏng lòng khuôn Khi đó trong hệ thống đẩy được thêm vào các lò xo xung quanh các chốt để hệ thống có thể tự động hồi về, không cho sản phẩm dính vào các chốt đẩy Điều này còn cho phép đẩy được hai hoặc nhiều sản phẩm

2.16 Kênh làm mát

Yêu cầu của đúc áp lực là dòng vật liệu lỏng chẩy vào lòng khuôn phải êm, có độ lỏng cao Sau khi điền đầy lòng khuôn, đậu ngót thì lại phải được làm nguội nhanh chóng để lấy sản phẩm ra Trong một vài trường hợp quá trình nguội chiếm phần lớn thời gian của một chu

kỳ Chính vì vậy hệ thống làm mát phải được bố trí làm sao để vừa làm nguội nhanh sản phẩm nhưng không làm cản trở dòng vật liệu lỏng chảy trong khuôn Về lý thuyết đề làm điều này thì tốt nhất là giữ nhiệt độ khuôn cao ở cuối dòng chảy

Để điều khiển tốt nhiệt độ của khuôn ta cần lưu ý những điểm sau:

- Những kênh làm mát đặt càng gần bề mặt khuôn càng tốt tuy nhiên cần chú ý đến độ bền cơ học của vật liệu làm khuôn

- Đường kính của kênh làm nguội phải lớn hơn 8mm và phải đều để tránh làm thay đổi tốc độ chảy của chất lỏng do đường kính của các kênh làm nguội khác nhau

- Nếu chia hệ thống làm mát ra làm nhiều vòng làm nguội để tránh các kênh làm nguội quá dài dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ lớn

- Đặc biệt chú ý làm nguội những phần dày của sản phẩm

- Ngoài ra thì tính dẫn nhiệt của vật liệu làm khuôn cũng rất quan trọng

2.17 Vị trí hệ thống làm mát

Việc xác định vị trí và dạng hệ thống làm mát cho khuôn là một việc phức tạp Hệ thống này phải được xác định sao cho nó đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được khả năng làm mát cho khuôn, vật liệu sản phẩm và thời gian cho mỗi chu kỳ đã định sẵn Nhưng nhìn chung nó nên được ưu tiên ở các vị trí tập trung nhiệt, nhiệt khó truyền từ dòng vật liệu nóng ra thành khuôn Với sản phẩm là tay phanh xe máy có hình dạng biến đổi tương đối đều lại ít tập trung vật liệu nên ta chọn hệ thống làm nguội đơn giản

2.18 Làm nguội lòng khuôn

Dòng chất làm mát chạy qua ống dẫn, xuyên qua các lõi khuôn nối qua dây chuyển tiếp (thường được bán sẵn trên thị trường) đi vào lòng khuôn làm mát các tấm khuôn, giúp sản phẩm nhanh định hình Nhiệt độ của dòng làm mát đi vào khuôn được tính toán theo phương pháp trao đổi nhiệt phụ thuộc thời gian làm mát

2.19 Làm nguội bạc dẫn nhôm, bạc chia nhôm

Hệ thống làm mát cho bạc là các vòng nước làm mát chảy vòng quanh bạc Nó được tạo

ra bằng cách xẻ các rãnh trên bạc dẫn nhôm, các rãnh này hợp với bạc dẫn (lắp có độ dôi với bạc chia nhôm) làm thành đường làm mát Cũng chính do mối ghép căng này giữa 2 bạc với nhau nên ta không cần làm các vòng bao kín Với bạc chia nhôm ta thực hiện làm mát từ trong của nó bằng việc tạo ra hốc chứa nước làm mát

2.20 Làm nguội các lõi và chốt

Trong khuôn đúc áp lực tay phanh xe máy ta thiết kế các lõi có tiết diện tiếp xúc với dòng nhôm lỏng không lớn, mặt khác chúng lại được chế tạo bằng thép làm việc nóng nên ta không cần hệ thống làm mát cho các chi tiết này

2.21 Nối bộ phận làm nguội vào khuôn

Việc nối các ống làm nguội vào khuôn phải thận trọng vì nó có thể ảnh hưởng đến không gian làm việc của mát cũng như của người điều khiển

C Lõi mặt bên

2.22 Sự cần thiết của lõi mặt bên

Trong chi tiết của ta có phần xẻ rãnh ngang nếu ta làm lõi liền khuôn thì sẽ làm cản trở quá trình lấy sản phẩm ra khỏi khuôn do lõi này nằm vuông góc với phương chuyển động của sản phẩm Mặt khác chính lõi bên này đã đem lại hiệu quả kinh tế cho quá trình chế tạo sản phẩm do giảm được nguyên công gia công cơ để tạo rãnh, giải quyết được vấn đề về công

nghệ khi phải gá đặt, kẹp chặt chi tiết khi phay rãnh Vì vậy ta cần phải thiết kế lõi ngang riêng để tạo thuận lợi cho việc lấy sản phẩm

Khi thiết kế lõi mặt bên ta phải chú ý các vấn đề sau:

Chuyển động của lõi mặt bên phải đủ lớn để đủ khoảng hở với chi tiết khi đẩy sản phẩm Khoảng hở của lõi mặt bên phải lớn hơn chiều sâu của lõi ít nhất là 1,5mm (hình vẽ)

Khi lõi mặt bên chuyển động phải có cữ chặn ở mỗi hướng chuyển động

Lõi mặt bên cần một hệ thống dẫn hướng phù hợp với chuyển động của nó Giúp cho lõi làm việc tin cậy, chính xác và nhẹ nhàng Điều này rất quan trọng, nếu các mặt bên chuyển động không trơn sẽ làm cản trở sẽ làm làm cản trở quá trình lấy sản phẩm Hơn nữa, ta còn phải dùng một lực lớn để tác động vào các chuyển động và cũng làm cho lõi mặt bên mòn rất nhanh

Tránh các góc nhọn bề mặt chuyển động của lõi mặt bên để không làm cào xước vật liệu khi làm việc ở nhiệt độ cao

Hệ thống lõi mặt bên được trang bị hệ thống định vị khi đóng cũng như khi mở (ta sử dụng hệ thống lò xo) Để lõi mặt bên không rơi xuống hoặc thoát ra khỏi hệ thống dẫn hướng

do lực kéo đàn hồi của lò xo khi mở khuôn ta thiết kế thêm tầm chặn bên Tấm chặn này được bắt trực tiếp lên block di động vằng các bulông làm

Lõi mặt bên được lắp với khối trượt bên qua một khối trung gian do vậy phải có mối ghép chắc chắn giữa các phẩn tử để lõi mặt bên không trượt khỏi bề mặt của khối trung gian (hình vẽ) Nếu không sẽ gây ra hỏng hóc nặng bề mặt khuôn tỏng quá trình đóng khuôn

Lõi được kẹp chặt giữa khối trung gian và khối trượt nhờ 4 bulông M6 bắt từ mặt sau của khối trượt ép lõi mặt bên vào giữa chúng Ngoài ra lõi còn được định hướng nhờ rãnh 33x28x14

Mối lắp ghép lõi mặt bên được thiết kế đơn giản, thóa lắp dễ dàng thuận lợi cho việc thay thế, bảo trì khi sản xuất

Sự dẫn hướng của lõi mặt bên

Lõi mặt bên thường được đóng mở một cách tự động khi đóng mở khuôn nhờ tác động của hệ thống cam Vì vậy quá trình mở đóng này yêu cầu phải được thực hiện một cách nhẹ nhàng và tin cậy (nó ảnh hưởng tới quá trình đẩy sản phẩm) Ngược lại thì lõi này rất dễ bị gẫy hỏng (chốt xiên), lõi mặt bên nhanh mòn làm gián đoạn quá trình làm việc cho sửa chữa Việc dẫn hướng phải được điều khiển theo các hướng sau:

Chuyển động mặt bên được tác động từ cả hai chiều, điều này đảm bảo cho lõi mặt bên luôn quay lại vị trí mở

Ta chọn rãnh chữu “T” làm cơ cấu dẫn hướng cho hệ thống lõi mặt bên vì nó tương đối dễ chế tạo mà chuyển động lại đảm bảo độ chính xác

Để tránh quá nhiều áp lực lên lõi mặt bên thì điều quan trọng ta lấy tỷ lệ xấp xỉ 1:1 giữa chiều cao và chiều dài, chiều rộng và chiều dài, ngoài ra để giảm ma sát giữa các mặt trượt ta giảm diện tích tiếp xúc bằng cách tạo ra các hốc trên mặt trượt ở lõi khuôn

2.23 Tác động của chốt xiên

Để tạo ra chuyển động của lõi mặt bên ta chọn hệ thống dẫn động chốt xiên, cam xiên Đây là hệ thống được ứng dụng phổ biến và dễ chế tạo

2.24 Nguyên lý làm việc

Trong giai đoạn đóng khuôn, bộ khuôn di động tiến lại gần bộ khuôn cố định (cam xiên tiến lại gần chốt xiên) Chốt xiên tỳ lên mặt cam xiên đẩy lõi mặt bên lắp trên cam xiên trượt trên rãnh chữ “T” tiến vào lòng khuôn (theo phương ngang) Chốt xiên được làm bằng vật liệu SKD61 và được tôi cứng Tuy hệ thống có kết cấu đơn giản nhưng khi sử dụng ta cũng cần lưu ý một vài điểm sau:

- Chiều dài của chốt xiên rất quan trọng cần tính toán một cách chính xác để vừa đảm bảo khoảng dịch chuyển của lõi mặt bên vừa đủ không gian hoạt động Do chuyển động ở đây là chuyển động tương đối mà lại dựa vào sự trượt của các bề mặt nên cần đưa vào đây một dung sai giữa chốt xiên và cam xiên, phần vát mép để dẫn hướng cho chốt xiên Ngoài ra các bề mặt chuyển động tương đối cũng cần có độ bóng cao

- Góc nghiêng của chốt xiên và góc trên lõi mặt bên mà nó được dùng để ép lõi mặt bên lúc cuối phải có giá trị lần lượt là , để tránh kẹt giữa khối ép và chốt xiên trong khi

mở khuôn

-Góc phải lớn hơn để đảm bảo khi khuôn đóng, chốt xiên được trượt vào lõi mặt bên dễ dàng

-Khi dùng hệ thống chốt xiên và cam xiên người ta thiết kế khuôn phải đảm bảo được là

tạ tất cả các vị trí của lõi mặt bên, chốt xiên luôn chuyển động được vào bên trong lõi mặt bên để tránh những hỏng hóc nghiêm trọng của lõi mặt bên và chốt xiên, ta giải quyết vấn đề này bằng việc vát mép trên lỗ của lõi mặt bên

- Do chốt xiên xuyên qua lõi mặt bên nên ta phải làm hốc thoát cho chốt xiên (tạo hốc trên lõi khuôn)

2.25 Tác động của lò xo

Để đưa lõi mặt bên về vị trí ban đầu thì ngoài tác động của chốt xiên khi mở khuôn ta cần

sử dụng thêm hệ thống lò xo đầy là hệ thống rất thông dụng Việc sử dụng thêm hệ thống này còn có tác dụng làm giảm lực tác dụng của cam xiên lên chốt xiên khi mở lõi mặt bên Tuy nhiên cũng phải chú ý là các lò xo này làm cản trở tác động của chốt xiên khi đóng lõi mặt bên

2.26 Tác động của khóa hình chêm

Yêu cầu của lõi trong khuôn khi đúc áp lực là phải vững, có vị trí cố định Nên các lõi trong khuôn phải được cố định một cách chắc chắn Với lõi mặt bên để cho vững thì ngoài tác động giữ của chốt xiên ta thêm vào cơ cấu khóa hình chem Khi khuôn đóng, bề mặt của khóa tỳ lên bề mặt cảu khối trượt làm cố định chuyển động dọc của lõi mặt bên

2.27 Các chi tiết cơ bản của khuôn:

Chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng là hai chi tiết nằm trên hai nửa khuôn khác nhau chuyển động tương đối với nhau khu đóng mở khuôn với độ chính xác lắp ghép cần thiết Mục đích khi sử dụng hệ thống này là dẫn hướng hai lòng khuôn khép kín với nhau khi đóng khuôn Chốt dẫn hướng nằm ở khuôn cố định, bạc dẫn hướng nằm ở khuôn di động để thuận lợi cho việc lấy sản phẩm ra Ngày nay với sự phát triển của công nghệ đúc các chi tiết này có thể mua ngoài thị trường từ các nhà cung cấp các chi tiết điển hình trong khuôn

2.28 Chốt dẫn hướng

Chốt dẫn hướng phải được làm bằng vật liệu thép hợp kim trung bình sau đó sẽ được thấm C và đem đi tôi để đạt được độ cứng cao ở lớp bề mặt chống mài mòn nhưng có độ dẻo dai trong lõi của chốt Bề mặt chốt có độ bóng cao để dễ dàng dẫn hướng cho bạc, tăng thời gian làm việc cho bạc vì bạc thường có độ cứng thấp hơn Khi thiết kế hệ thống này cần chú ý:

- Vị trí của chốt và bạc: các vị trí này phải thật chính xác để đảm bảo 4 chốt cùng làm việc một lúc

- Độ dài của chốt dẫn hướng phải dài hơn phần cao nhất của hai lòng khuôn để tránh hỏng hóc khi đóng khuôn

- Phần đầu của chốt phải được làm nhỏ hơn khoảng 0,1mm để có thể dùng như một bộ phận định hướng trước

2.29 Bạc dẫn hướng

Kiểu bạc dẫn hướng rẻ nhất là khoan lỗ chính xác trực tiếp lên khuôn lỗ rộng Tuy nhiên

nó sẽ rất phức tạp khi sửa chữa (khi bạc mòn) Do nhược điểm này mà trong thực tế người ta thường làm bạc dẫn hướng dưới dạng một miếng ghép vào khuôn di động

- Vật liệu bạc thường là đồng thau dễ tạo độ bóng cao giảm ma sát

-Khi bạc dẫn hướng quá dài ta phải khoan rộng bạc để đảm bảo vấn đề công nghiệp 2.30 Bạc dẫn nhôm và bạc chia nhôm

2.31 Bạc dẫn nhôm

Bạc dẫn nhôm là bộ phận dẫn nhôm lỏng từ đầu phun của máy vào khuôn Nó được thiết

kế để phù hợp với đầu phun nhôm vì đầu phun nhôm của máy được làm theo tiêu chuẩn Do môi trường làm việc của bạc là thường xuyên tiếp xúc với dòng nhôm lỏng ở nhiệt độ tương đối cao có vận tốc và áp lực lớn nên bạc dẫn nhôm được làm bằng thép làm việc nóng SKD61

và tôi đạt độ cứng khoảng 50HRC để chống bị mài mòn Ngoài ra trên bạc còn tiện rãnh chứa chất làm mát tránh cho việc phải tiện rãnh ở phía trong bạc lót (khó khăn hơn)

2.32 Bạc chia nhôm

Bạc chia nhôm có một phần côn lắp ghép với bạc dẫn Nó cũng có mội trường làm việc như của bạc dẫn nên vật liệu dùng để chế tạo là SKD61 nhiệt luyện đạt độ cứng 50HRC Khi làm việc bạc này có tác dụng chia nhôm đều vào hai lòng khuôn Hơn nữa, còn có chốt đẩy xuyên qua nó nên miệng của bạc phải được lắp chính xác, trong trường hợp này đơn giản nhất

là ta mượn lỗ lắp chốt đẩy để định vị khi lắp ráp

D Các miếng ghép

2.33 Giới thiệu chung

Các miếng ghép được dùng để đơn giản hóa về mặt công nghệ khi phải gia công tạo phần lồi lên của bề mặt lòng khuôn (khó gia công hoặc đôi khi là không thể gia công liền với khuôn được) Trong khuôn mà phần lõi có chiều cao lớn thì nó còn có ý nghĩa tiết kiệm vật liệu do không phải hớt đi lượng kim loại xung quanh Ngoài ra nó còn thuận lợi cho quá trình sửa chữa, bảo dưỡng khuôn Trong bộ khuôn tay phanh xe máy này có phần tạo ra lỗ, rãnh để gài đầu dây phanh và lỗ để lắp bulông ta phải dùng lõi ghép

2.34 Tạo các miếng ghép

Với các miếng ghép có dạng tròn xoay thì việc chế tạo chúng không mấy khó khăn nhưng với miếng ghép như hình vẽ thì chế tạo chúng bằng công nghệ thông thường là không dễ do vậy ta phải chọn phương pháp cắt dây phần lỗ và phần lõi sau đó được lắp ghép với nhau 2.35 Yêu cầu của lõi ghép

- Các lõi ghép cũng là một bộ phận của lòng khuôn nên nó cũng luôn phải tiếp xúc với dòng nhôm lỏng với áp suất cao do vậy nó phải được làm bằng vật liệu SKD61

- Các lõi này cũng phải có độ dốc đúc để dễ dàng cho việc lấy sản phẩm (các lõi trên có

độ côn là )

-Các lõi phải đảm bảo vị trí chính xác

-Khi ghép lõi vào khuôn ta cho phương pháp ghép là ghép từ phía sau hạn chế việc gia công lỗ tịt

E Các đậu ngót và rãnh thoát khí

a Sự cần thiết của việc thoát khí

Khi dòng nhôm lỏng được đẩy vào khuôn với áp suất cao mà mặt phân khuôn lại kín khít làm cho khối không khí trong khuôn không thể thoát ra ngoài nhanh, chúng bị nén lại dẫn đến

áp suất của nó cũng tăng lên đáng kể, nếu chúng nó không được đưa ra ngoài thì rất dễ tạo ra khuyết tật cho vật đúc do vậy ta cần phải có biện pháp thoát khí cho khuôn Tuy nhiên do áp lực đúc lớn khoảng 150kg/cm2 nên ta không thể đưa không khí trực tiếp ra ngoài được vì điều này rất nguy hiểm cho người và thiết bị xung quanh Biện pháp giải quyết là ta tạo các hốc chứa khí ngay trong lòng khuôn và khí được đưa ra theo khe hở của chốt đẩy

b Vị trí

Về mặt lý thuyết rất khó xác định vị trí chính xác cho chúng Tuy nhiên khi thiết kế, cho khuôn đúc tay phanh này ta chọn vị trí đặt chúng là tại nơi xa miệng phun, nơi có độ ngoặt lớn

- Giảm khối lượng gia công cơ khí

- Nâng cao độ bền cơ học của vật đúc, đặc biệt là độ bền ở lớp bề mặt tiếp giáp với khuôn kim loại.

- Nâng cao sản lượng hàng năm do giảm được kích thước đậu ngót và phế phẩm đúc

- Nâng cao năng suất lao động

- Tiết kiệm diện tích nhà xưởng do không cần chế tạo hỗn hợp làm khuôn và quá trình

làm khuôn

- Giảm giá thành sản phẩm

- Cơ khí và tự động hoá, điều kiện vệ sinh lao động tốt

Chương 2 :TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM CAD/CAM/CAE/SolidWorks

2.1 Lịch sử phát triển

Ngày nay máy tính được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp nhờ sự phát triển của công nghệ máy tính, các nhà sản xuất muốn tự động quá trình thiết kế và muốn sử dụng cơ sở dữ liệu này cho quá trình tự động sản xuất Đây là ý tưởng cho các ngành khoa học CAD/CAM

ra đời CAD/CAM được hiểu là sử dụng máy tính trong quá trình thiết kế và sản xuất hay theo thuật ngữ tiếng anh là máy tính trợ giúp thiết kế và sản xuất Từ sự ra đời của CAD/CAM các lĩnh vực khác của việu ứng dụng máy tính cũng đã phát triển theo như:

Đồ hoạ máy tính: CG

Công nghệ trợ giúp bằng máy tính: CAE

Thiết kế và phác hoạ trợ giúp bằng máy tính: CAPP

Tất cả những lĩnh vực sinh ra đó đều liên quan đến những nét đặc trưng của quan niệm về CAD/CAM CAD/CAM là một lĩnh vực rộng lớn nó là trái tim của nền sản xuất tích hợp và

Những năm 1960 – 1970, CAD tiếp tục phát triển mạnh, hệ thống tunrkey CAD được thương mại hoá, đây là một hệ thống hoàn chỉnh gồm phần cứng, phần mềm, bảo trì và đào tạo, hệ thống này được thiết kế chạy trên mainframe và minicomputer hạn chế nên các hệ CAD/CAM thời kì này kém hiệu quả, giá thành cao và chỉ được sử dụng trong một số rất ít lĩnh vực

Năm 1983 máy tính IBM-PC ra đời, đây là thế hệ máy tính lí tưởng về khả năng sử lí thông tin, đồ hoạ, bộ nhớ cho CAD/CAM Điều này tạo điều kiện cho các hệ CAD/CAM phát triển rất nhanh chóng

Cuối những năm 1990 là thời kì CAD/CAM đạt đến những thành tựu đáng kể, rất nhiều phần mềm đồ sộ được tung ra thị trường và ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và sản xuất của nhiều ngành công nghiệp

Hiện nay các phần mềm CAD/CAM nổi tiếng có mặt trên thị trường như: Solidworks, Cimatron – Iaren, Delcam- Anh, Pro-Engineer- Mỹ, Uni-Graphichs-Mỹ, SURFCAM-Mỹ…

Phần mềm CAE xuất hiện sau CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lượng của sản phẩm rất cao Việc phân tích mô hình sau thiết kế được thực hiện nhờ CAE CAE đã làm cho công việc phân tích trở nên đơn giản hơn nhiều so với toán học thông thường và cho kết quả đáng tin cậy trong một thời gian nhanh chóng, nhờ vào kết quả đó mà người thiết kế sẽ hiệu chỉnh lại thiết kế cho phù hợp Tuỳ theo tính năng và yêu cầu của chi tiết mà sự phân tích có thể là những quá trình sau:

Phân tích nhiệt, áp suất, ứng suất, biến dạng, cong vênh, khả năng điền đầy khuôn, quá trình đông đặc

2.2 Công nghệ CAD

CAD là từ viết tắt của Computer Aided Design Hiểu một cách chung nhất tức là sử dụng máy tính trong quá trình thiết kế và lập bản vẽ Theo phương pháp truyền thống thì các bản vẽ kỹ thuật thì được vẽ bằng tay Công việc này đòi hỏi rất nhiều công sức và thời gian đặc biệt là những chi tiết phức tạp Vì vậy, ngày nay CAD được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực

mà không chỉ riêng trong lĩnh vực cơ khí sản xuất mà còn trong cả xây dựng, kiến trúc, mỹ thuật, thương mại, y học…

CAD chủ yếu được sử dụng trong thiết kế và phát triển sản phẩm CAD chủ yếu là để thể hiện mô hình 3D và bản vẽ 2D Với khái niệm về CAD hiện đại thì một gói phần mềm CAD phải gồm 3 module chính sau:

 Design ( 2D/3D modeling, assemblies of part)

 Analysis: Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn FEA(Finite Element Application) để tối

ưu hóa và giải các bài toán kỹ thuật như xử lý nhiệt, biến dạng, và phân tích tải trọng, ứng suất, biến dạng, thể tích

 Visualization: Render/Shade mô hình, Animation

* Ưu điểm của CAD:

- Tạo và sửa lỗi dễ dàng hơn

- Trực quan hơn vì cho phép ta quan sát mô hình ở góc nhìn 3D với rất nhiều cách quan sát khác nhau

- Lưu và tái sử dụng các bản vẽ dễ dàng hơn bằng đĩa cứng hay CD

- Tăng độ chính xác Do vẽ bằng máy tính nên chắc chắn bản vẽ xuất ra sẽ chính xác hơn làm bằng tay rất nhiều

- Lưu trữ thành cơ sở dữ liệu để dễ dàng quản lý hơn Đồng thời chuyển file mô hình dễ dàng hơn Internet Giảm thiểu thời gian trao đổi thao luận giữa các kỹ sư ở các khu vực địa lý khác nhau Gửi nhận qua email chỉ mất vài giây

- Việc phân tích, mô phỏng và kiểm tra mô hình 3D dễ dàng hơn

* Nhược điểm của CAD

- Thời gian và chi phí cho việc triển khai một hệ CAD là lớn

- Thời gian và chi phí cho việc đào tạo người dùng CAD lơn Tuy nhiên hiện nay nhờ nguồn tài liệu phong phú trên mạng Internet và các diễn đàn thảo luận mở nên cũng có phần dễ dàng hơn chút

- Chi phí maintenance cho phần mềm CAD/

- Thời gian và chi phí cho việc chuyển các bản vẽ cũ vẽ bằng tay sang CAD cũng không nhỏ

+ Khai báo thông số công nghệ

 Nhiệm vụ:

+ Tính đường chạy dao

+ Mô phỏng, kiểm tra

+ Kết xuất chương trình NC với máy điều khiển số

Ngày này công nghệ CAD/CAM được tích hợp trong hầu hết các phần mềm Nói về thị trường CAD/CAM, thống trị vẫn là ba nhà sản xuất là Dassault - Catia, PTC – Pro/E, Siemens – Unigraphics Nhưng thị phần của ba hãng này đang bị cạnh tranh quyết liệt bởi các hãng sản xuất phần mềm mới như: SolidWorks (một nhánh của Dassault), TopSolid, Cimatron, Space-

E của NTT DATA Engineering System (Japan), Iron CAD và một đàn em sinh sau đẻ muộn nhưng khá nổi hiện nay là Space Claim

2.4 Công nghệ CAE

CAE là viết tắt của Computer Aided Engineering Hiều một cách chung nhất tức là tìm giải pháp kỹ thuật , công nghệ trong thiết kế dưới sự hỗ trợ của máy tính Mục tiêu của lĩnh vực CAE là phân tích nhiệt, ứng suất, áp suất, biến dạng, cong vênh khả năng điền đầy khuôn, quá trình đông đặc… để hỗ trợ cho CAD, Phương pháp này chia tự động chi tiết thành nhiều phần nhỏ hình tam giác hay chữ nhật nối tiếp nhau rồi phân tích từng phần nhỏ đó Kết quả của quá trình phan tích có thể là một bản báo cáo (report), một bức tranh điền đầy hay 1 mô hình chi tiết đã bị cong hay biến dạng được đặt trùng với mô hình lí thuyết, từ đó người thiết

kế sẽ nhìn thấy những vị trí biến dạng cực đại và điều chỉnh thiết kế Nếu như CAD là bản thiết kế thuận, thì CAE là một mạch phản hồi, đây chính là phương thức hoạt động của tính năng này Ngoài ra CAE còn giúp tìm chế độ công nghệ để sản xuất ra đối tượng đã thiết kế Phần mềm CAE xuất hiện sau các phầm mềm CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lượng sản phẩm rất cao Moldflow(Australia) và Modex(Taiwan) là hai phần mềm điển hình

2.5 Mối liên hệ giữa CAE/CAM/CAE

Hình 2.1 Sơ đồ quan hệ các khối chức năng hệ thống CAD/CAM/CAE/CNC

Chu kỳ sản phẩm bắt đầu từ nhu cầu sản phẩm được xác định trên cơ sở yêu cầu của khách hàng và thị trường Chu kỳ sản phẩm được thực hiện qua hai quá trình chính từ sự khởi đầu cho đến sản phẩm hoàn thiện: quá trình thiết kế và quá trình sản xuất, chế tạo Qúa trình

ý tưởng sản

phẩm, tính

to¸n…

-Mô hình hình học, đối tượng thiết kế

- Thiết kế dụng cụ, khuôn mẫu và các trang bị kèm theo

CAD

Phân tích, thẩm định thiết kế của đối tượng thiết kế, dụng

+

CAM

CN

C

thiết kế lại bao gồm hai quá trình con là tổ hợp và phân tích Triết lý, chức năng, tính duy nhất của sản phẩm được xác định trong quá trình tổ hợp Trong quá trình này, thiết kế được thực hiện ở dạng các phác thảo và bản vẽ mô tả quan hệ giữa các chi tiết của sản phẩm Các bản vẽ

và phác thảo này có thể được tạo ra bằng các hệ thống CAD/CAM hoặc vẽ bằng tay Chúng được thực hiện thông qua các trao đổi thảo luận giữa các thành viên trong nhóm thiết kế Qúa trình phân tích bắt đầu với việc cố gắng đặt thiết kế ý tưởng vào ngữ cảnh khoa học, kỹ thuật

để đánh giá hiệu quả của sản phẩm mong đợi Qúa trình này đòi hỏi phải mô hình hóa và mô phỏng cũng như thực hiện các phân tích kỹ thuật (CAE) để tìm ra giải pháp thiết kế tối ưu Phân tích kỹ thuật có thể được thực hiện bằng chính mo dun CAE tích hợp ngay trong hệ thống CAD/CAM hoặc bằng cách sử dụng phần mềm CAE chuyên dụng khác

Qúa trình sản xuất bắt đầu bằng lập kế hoạch quá trình và kết thúc là sản phẩm thực Lập kế hoạch quá trình được xem là xương sống của quá trình sản xuất vì nó cho phép xác định được trình tự hiệu quả nhất để chế tạo ra sản phẩm Kết quả đầu ra của lập kế hoạch quá trình là quy trình sản xuất, tìm kiếm được dụng cụ, đặt đơn hàng vật liệu và lập trình gia công Chương trình gia công NC được tạo ra bằng hệ thống CAD/CAM là dữ liệu đầu vào cho các thiết bị CNC thực hiện quá trình sản xuất, kiểm tra chất lượng…

2.6 Giới thiệu chung về SolidWorks

Phần mềm SolidWorks phần mềm này được viết bởi một nhóm kỹ sư người Pháp nhưng sau đó lại bị một công ty của Mỹ mua bản quyền Bây giờ Solidworks đang thuộc sở hữu của hãng phần mềm nổi tiếng Desaul System

Solidworks được biết đến từ phiên bản Solidworks 1998 và được du nhập vào nước ta với phiên bản 2003 và cho đến nay với phiên bản 2015 và phần mềm này đã phát triển đồ sộ về thư viện cơ khí và phần mềm này không những dành cho những xí nghiệp cơ khí nữa mà còn dành cho các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật …

Hình 2.2 Giao diện của phần mềm Solidworks

Về chức năng thiết kế thì phần mềm này có một số các công dụng như sau:

Xây dựng mô hình khối 3D:

Hình 2.3 Xâu dựng mô hình khối 3D

Các khối được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật parametric, mô hình hóa

Chức năng báo lỗi giúp người sử dụng dễ dàng biết được lỗi khi thực hiện lệnh

Bảng FeatureManager design tree cho phép ta xem các đối tượng vừa tạo và có thể thay đổi thứ tự thực hiện các lệnh

Các lệnh mang tính trực quan làm cho người sử dụng dễ nhớ

Dữ liệu được liên thông giữa các môi trường giúp cập nhật nhanh sự thay đổi của các môi trường

Với các tính năng thiết kế tiện ích giúp người sử dụng thiết kế một cách có hiệu quả một bản

Hình 2.4 Khuôn mẫu thiết kế trên phần mềm Solidworks

Ngoài ra những phiên bản mới của phần mềm này cũng cho phép chúng ta thiết kế khuôn một cách thuận tiện và dễ dàng hơn

Lắp ráp các chi tiết nhỏ thành một cụm chi tiết:

Việc lắp ráp các chi tiết đơn thành một cụm chi tiết hoặc là thành một cụm máy cho phép chúng ta hình dung ra được kết cấu của một bộ phần máy hoàn chỉnh Việc này hết sức có lợi cho các nhà làm giáo dục bởi lẽ: Việc nói miệng là vô cùng khó hiểu và sinh viên hoàn toàn không thể 100% đều hình dung ra được nhưng khi có bản vẽ ở dạng lắp ráp như thế này thì ông nào đó đang ngồi học mà buồn ngủ cũng cứ phải vểnh tai lên mà nghe giảng bài

Điều này không chỉ lợi cho các giảng viên mà còn các bạn học sinh, sinh viên trong công tác làm đồ án hoặc là bài tập lớn Hơn nữa việc lắp ráp các chi tiết trong môi trường lắp ráp của phần mềm này sẽ cho phép sinh viên hình dung nên quy trình công nghệ lắp ráp các chi tiết máy trong thực tế một cách nhanh chóng và dễ dàng bởi lẽ những công cụ lắp ráp trong phần mềm này hết sức thân thiện và dễ sử dụng đối với những người mới và đã dùng quen

Xây dựng các bản vẽ 2D từ các mô hình 3D:

Chức năng xây dựng các bản vẽ 2D của phần mềm Solidworks có thể nói là rất dễ dùng đối với tất cả mọi người Chúng ta chỉ cần click chuột chọn lệnh và kéo như vậy là có thể xây dựng được các hình biểu diễn

Nhưng còn kích thước và các dung sai thì sao? Hai ứng dụng này thuộc quản lý của đối tượng Anotations – Cho phép chúng ta ghi dung sai và kích thước một cách nhanh chóng và thuận tiện Đặc biệt với chức năng tự động ghi kích thước làm giảm thời gian thiết kế

Đấy là những ứng dụng trong việc xây dựng mô hình cũng như các bản vẽ kỹ thuật? Vậy thì có ứng dụng nào cho phép chúng ta phân tích đánh giá và lường trước được hậu quả của chi tiết khi làm việc không?

Với việc tích hợp thêm : Cosmos Motions, CosmosWorks hoặc là Flow works chúng ta hoàn toàn có thể phân tích tính toán những hậu quả mà chi tiết sẽ phải gánh sau khi làm việc Ngày nay khi mà các doanh nghiệp gần như là có sự trao đổi và học tập lẫn nhau thì các hãng phần mềm cũng vậy họ cũng có những sự trao đổi và học hỏi lẫn nhau bằng chứng là những file dữ liệu thiết kế trên phần mềm này hoàn toàn có thể đọc được trên phần mềm khác

Cũng chính vì lý do này của phần mềm SolidWorks này đó chính là SolidCam cho phép chúng ta lập trình gia công các chi tiết khi chúng ta đã thiết kế và xây dựng xong mô hình

Hình 2.5 Lập trình gia công trên phần mềm Solidcam

Vậy chúng ta có thể kết luận rằng: Solidworks cho phép chúng ta đi qua tất cả các khâu của quy trình công nghệ CAD/CAE/CAM/CNC

Hình 2.6 Khuôn mẫu thiết kế trên phần mềm Solidworks

Tổng kết chương 2:

Qua phân tích như trên, có thể thấy rằng CAE là một phần của quá trình CAD và CNC

là một phần của CAM CAE và CNC nằm trong tổng thể của quá trình CAD/CAM Thông qua chu trình sản phẩm có ứng dụng công nghệ CAD/CAM ở trên ta cũng thấy được vai trò quan trọng của CAD/CAM trong nền sản xuất kinh tế thị trường hiện nay trên toàn thế giới

Tuy Solidworks ra đời sau các phần mềm khác nhưng phần mềm đã đạt được thành tựu tạo được niềm tin cho người sử dụng

- Giao diện thân thiên với người thiết kế

- Nâng cao năng suất

- Nâng cao chất lượng

- Nâng cao khả năng trao đổi thông tin

- Tạo ra một CSDL dùng chung

- Giảm chi phí tạo mẫu

- Đáp ứng nhanh với yêu cầu của thị trường

Chương 3 :THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC ÁP LỰC SẢN PHẨM TAY PHANH XE MÁY

3.1 Giới thiệu sản phẩm và phân tích sản phẩm

3.1.1.Giới thiệu sản phẩm

Sản phẩm tay phanh sử dụng đúc áp lực là chi tiết xe máy Wave α Chi tiết này ở cơ cấu

phanh tay trước của xe

Đây là một sản nhôm có hình dáng cong trơn với những mặt cong được thiết kế 3D gây

khó khăn cho quá trình thiết kế cũng như gia công khuôn

3.1.2.Phân tích sản phẩm

Độ chính xác kích thước, độ bóng yêu cầu cao, ngoài ra bề mặt là các mặt cong 3D, do đó gây

khó khăn trong quá trình thiết kế, chế tạo

Do kết cấu sản phẩm phức tạp nên việc chế tạo bộ khuôn cho sản phẩm này phải trải

qua nhiều nguyên công cũng như phải trải qua các phương pháp gia công tiên tiến như phay

CNC…

3.1.3.Bản vẽ sản phẩm

Sau khi đo, tính toán trực tiếp sản phẩm bằng thước kẹp và các dụng cụ đo khác Người

thiết kế đã dựng được bản vẽ chi tiết của chi tiết mặt trước xe máy với các kích thước đo đạc

Tuy nhiên do chi tiết rất phức tạp gây khó khăn khi đo, hơn nữa do điều kiện về dụng cụ đo

còn hạn chế nên việc lấy số liệu có thể có sai số

Dưới đây là bản vẽ chi tiết của sản phẩm sau khi thiết kế trên phầm mềm Solidworks:

Hình 3.1 Chi tiết tay phanh xe máy

R2,5 R7

Hình 3.2 Bản vẽ chi tiết tay phanh xe máy

A Yêu cầu kỹ thuật:

Bề mặt chi tiết mặt nạ đạt độ nhám Ra 0,25

Độ co ngót trên toàn bộ sản phẩm ≤ 1%

Vật liệu là nhôm Al-5, chọn phương pháp chế tạo là đúc áp lực vật liệu nhôm trong khuôn kim loại Với sự hỗ trợ của máy tính quy trình công nghệ mới được áp dụng Quy trình thiết kế, chế tạo sử dụng các phầm mềm Solidworks; Solidcam được áp dụng

để chế tạo chi tiết

3.2 Thiết kế khuôn trên phần mềm Solidworks 2013

Mô hình chi tiết dưới dạng 3D sử dụng phần mềm Solidworks 2013 Đối với những chi tiết mang tính nghệ thuật đòi hỏi tính thẩm mỹ cao (Ví dụ: Chi tiết vỏ của ôtô, xe máy…) đòi hỏi người thiết kế phải linh hoạt trong cách tạo bản vẽ 3D để các đường cong trên chi tiết hợp tính thẩm mỹ Đối với những yêu cầu chế tạo chính xác biên dạng của chi tiết mà người đặt hàng yêu cầu ta tiến hành quét 3D chi tiết rồi thiết kế dưới dạng đám mây điểm thì sẽ được biên dạng gần như chính xác với chi tiết đặt hàng Chi tiết trong đồ án được mô hình lại một cách tương đối với chi tiết trong thực tế do điều kiện đo đạc không cho phép, chỉ những kích thước lắp ghép được đo chính xác

- Thiết kế lõi khuôn tĩnh và lõi khuôn động

Hình 3.3 Lõi khuôn tĩnh

Hình 3.4 Lõi khuôn động

Thiết kế hệ thống kênh dẫn lạnh, chốt đẩy sản phẩm, chốt hồi và các chi tiết khác

Hình 3.5 Hệ thống chốt xiên; bạc dẫn hướng…

Hình 3.6 Khuôn đúc áp lực

Bản vẽ khuôn đúc áp lực tay phanh xe máy ( Phụ Lục I)

Tổng kết chương 3:

- Thiết kế chi tiết đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

- Khuôn đúc áp lực thiết kế trên phân mềm solidworks có thể áp dụng cho thực tế sản xuất

Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÕI KHUÔN

Ngày nay với nhu cầu thay đổi mẫu mã của sản phẩm nói chung và của sản phẩm đúc nói riêng làm cho công tác thiết kế, chế tạo khuôn phải kịp thời đáp ứng kéo theo các công cụ hay các bước chuẩn bị cũng đa dạng và ngày càng hoàn thiện hơn Đối với công tác tạo phôi thì không những được chế tạo trong các xưởng của nhà máy mà còn được mua từ các nhà cung cấp ngoài thị trường Các phôi đó có kích thước phù hợp với yêu cầu làm việc và đôi khi là đã được gia công tinh các bề mặt Trong đồ án thiết kế khuôn đúc áp lực này các tác giả bắt đầu

từ bước chọn phôi cho quá trình gia công

4 Các phương pháp chọn phôi

4.1 Phương pháp đúc

4.1.1 Định nghĩa và đặc điểm:

- Đúc là một trong những phương pháp sản xuất phôi kim loại ở trạng thái nóng

- Đúc thực chất là quá trình rót kim loại lỏng vào lòng khuôn đúc, sau khi đông đặc thu được sản phẩm có hình dạng và kích thước giống lòng khuôn đúc

- Sản phẩm đúc thường được gọi là vật đúc, ở phần xưởng gia công cắt gọt người ta gọi

nó là phôi đúc…

Căn cứ vào bản chất của quá trình đúc, vào tính sử dụng của nó, sản xuất đúc có các đặc điểm chung sau

- Mọi vật liệu nấu chảy được đều có khả năng tạo thành vật đúc trong khuôn

- Đúc tạo được vật đúc có kích thước bất kỳ và hình dạng phức tạp

- Thông qua quá trình nấu luyện có thể tạo ra những hợp kim đúc cần thiết

- Quá trình công nghệ sản xuất đúc nói chung đơn giản, thiết bị đúc không đòi hỏi phức tạp, tinh vi mà vẫn sản xuất được vật đúc có chất lượng

- Về mặt chất lượng đúc nói chung kém so với các loại phôi khác vì quá trình hình thành vật đúc thường gây ra các khuyết tật như: rỗ co, lõm co rỗ xỉ, rỗ khí, nứt làm giảm cơ tính

và các tính chất khác

4.1.2 Phương pháp Rèn - Dập

Rèn và Dập là những phương pháp gia công kim loại bằng áp lực Nguyên lý cơ bản của rèn dập là lợi dụng tính dẻo của kim loại làm biến dạng kim loại ở thể rắn khi tác dụng lực để tạo ra thành phẩm và bán thành phẩm có hình dạng kích thước nhất định tuỳ theo ý muốn của người thiết kế

Rèn và dập là những phương pháp cơ bản để chế tạo phôi cho gia công cơ khí nó có vị trí quan trọng trong công nghiệp: 60-80% trọng lượng các chi tiết máy của đầu máy xe lửa, ôtô, máy kéo, máy bay được chế tạo bằng rèn dập

So sánh với đúc, chế tạo phôi bằng rèn dập có những ưu điểm sau:

+ Biến dạng kim loại ở thể rắn nêm tổ chức kim loại mịn chặt, cơ tính cao

+ Có khả năng biến tổ chức hạt trong kim loại thành tổ chức thớ (là tổ chức cho khả năng chịu lực tốt)

+ Có khả năng khử được các khuyết tật đúc như rỗ khí, rỗ co trong vật gia công do đó làm tăng cơ tính sản phẩm

+ Dễ cơ khí hoá và tự động hoá, gia công có năng suất cao và giá thành hạ

Tuy nhiên so với phương pháp đúc, rèn và dập cũng có những nhược điểm như:

+ Không gia công được những chi tiết quá lớn

+ Không rèn - dập được những chi tiết quá lớn

+ Các hợp kim sử dụng trong rèn - dập hạn chế hơn so với đúc

So sánh với gia công cắt gọt, rèn - dập có những ưu điểm sau:

+ Giá thành hạ hơn do năng suất cao, phế liệu ít, tiết kiệm nguyên vật liệu

+ Có khả năng tạo thành tổ chức thớ để làm tăng tính chịu lực của sản phẩm, còn gia công cắt gọt thì cắt đứt thớ, làm mất tính liên tục của thớ, làm giảm tính chịu lực của sản phẩm Tuy nhiên so với cắt gọt, gia công áp lực còn có nhược điểm là: độ chính xác và độ bóng

bề mặt thấp hơn, số kim loại rèn dập được ít hơn

Qua việc phân tích các phương pháp chế tạo phôi ta nhận thấy phương pháp rèn dập cho phôi có đặc tính kỹ thuật và kinh tế phù hợp hơn cả

4.3 Thiết kế sơ bộ tiến trình công nghệ gia công cơ

Với sản xuất khuôn thường là sản xuất ở dạng đơn chiếc Ở dạng sản xuất này, ta nên cố gắng gia công nhiều bề mặt trên cùng một máy, hạn chế việc sử dụng nhiều đồ giá,

13 Gia công các lỗ và hốc trên máy CNC

4.4 Tính lƣợng dƣ cho một bề mặt và tra lƣợng dƣ cho bề mặt còn lại

1 Tổng quan về lượng dư

Lượng dư gia công là lớp vật liệu dư cần thiết của phôi so với chi tiết chúng sẽ được cắt

bỏ đi trong quá trình gia công cơ để đạt được các yêu cầu về kích thước, độ bóng, sai lệch hình dạng của bản vẽ chi tiết Do vậy lượng dư phải được xác định hợp lý về trị số và dung sai đảm bảo chất lượng bề mặt gia công đồng thời sẽ góp phần bảo đảm hiệu quả kinh tế của quá trình công nghệ vì:

+ Lượng dư quá lớn sẽ tốn nguyên vật liệu, tiêu hao lao động để gia công nhiều đồng thời tốn năng lượng, điện dụng cụ cắt, vận chuyển nặng đến giá thành tăng

+ Lượng dư quá nhỏ sẽ không đủ để hớt đi các sai lệch của phôi để biến phôi thành chi tiết hoàn chỉnh đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết đã đặt ra từ bản vẽ chi tiết Trong công nghệ chế tạo máy, người ta sử dụng hai phương pháp sau đây để xác định lượng

dư gia công

+ Phương pháp thống kê kinh nghiệm

+ Phương pháp tính toán phân tích

Phương pháp thống kê kinh nghiệm xác định lượng dư gia công bằng kinh nghiệm Nhược điểm của phương pháp này là không xét đến những điều kiện gia công cụ thể nên giá trị lượng

dư thường lớn hơn giá trị cần thiết

Ngược lại, phương pháp tính toán phân tích dựa trên cơ sở phân tích các yếu tố tạo ra lớp kim loại cần phải cắt gọt để tạo ra chi tiết hoàn chỉnh

Trong đồ án này chỉ tính lượng dư theo phương pháp phân tích cho nguyên công 2, còn lại là thống kê kinh nghiệm

2 Tính lượng dư cho nguyên công 2

Gia công bề mặt 2 đạt các yêu cầu sau:

- Vật liệu thép C45 tôi cải thiện(HB =220)

+ Rzi-1 : là chiều cao nhấp nhô tế vi do bước công nghệ sát trước để lại

+ Tai-1: chiều sâu lớp kim loại do bước công nghệ sát trước để lại

+ i-1: sai lệch về vị trí tương quan và sai số không gian tổng cộng do bước công nghệ sát trước để lại

+ i : sai số gá đặt chi tiết ở bước công nghệ đang thực hiện

Bảng (3.38)[5] ta có các thông số Rzi và Tai qua từng bước công nghệ

Bước công việc Cấp chính xác Rz(m) Ti (m)

Z 2min = 1250 + 350+27 = 1627 m + Phay tinh

Z 3min = 125 + 120+22,5 = 267,5 m + Mài sơ bộ

Z 4min = 40 + 40+9 = 89 m + Mài tinh

Z 5min = 15 + 15+2,25 = 32,25 m

Ta (m)

(m)  Zmin

(m) At (m) 

(m)

Amin (mm)

Amax (mm)

Zmingh(m)

Zmaxgh(m)

Phay bóc vỏ 1250 350 27 1950,00 121,996 5500 122,00 124,20 1950 5250 Phay thô 125 120 22,5 1627,00 120,396 2200 120,37 121,24 1630 2960 Phay tinh 40 40 9 267,50 120,101 220 120,10 120,32 270 920 Mài sơ bộ 15 15 2,25 89,00 120,012 87 120,01 120,10 90 210

3970 9430 2.3 Lượng dư cho các mặt bên

Tra bảng Lương dư [5] ta có lượng dư cho các mặt bên là: 6000 m

4 Phân bố lượng dư

Với lượng dư đã tính toán ta phân bố lượng dư như sau:

4.5 Tính chế độ cho một nguyên công và tra cho các bề mặt còn lại

1 Nguyên công 2: phay mặt 2

+ Khoảng cách từ mặt trục chính tới bàn máy: 30400mm

+ Công suất động cơ chính: 7kw

+ Số cấp tốc độ trục chính: 18

+ Phạm vi tốc độ trục chính: 30 1500 v/ph

+ Số cấp bước tiến bàn máy: 18

+ Bước tiến bàn máy

- Dọc: 23,530 1500 1180mm/ph

- Ngang: 23,5  1180 mm/ph

1.4 Chọn dao:

Chọn dao phay mặt đầu lắp mảnh thép gió P6M5

Các thông số dao: theo bảng (4.93)[5]

+ Đường kính dao: D = 200 mm

+ Số răng z = 20

+ Đường kính lắp dao: d = 50

+ Mác thép gió: P6M5

1.5 Lượng dư:

Lượng dư gia công bóc vỏ: 2,7 mm

Lượng dư gia công thô: 2,0 mm

Lượng dư gia công tinh: 1,0 mm

1.6 Tinh chế độ cắt

1.6.1 Bước 1: Phay bóc vỏ

+ Chiều sâu cắt: t = 2,7 mm

+ Tra bảng (5-119) [6] ta có lượng chạy dao răng: Sz = 0,1 mm/rg

+ Lượng chậy dao vòng: Sv = Z.Sz = 20.0,1 = 2mm/vòng

+ Xác định vận tốc cắt và số vòng quay trục chính

q v

Knv: hệ số phụ thuộc trạng thái bề mặt phôi

Kev: hệ số phụ thuộc dạng gia công

Tra bảng 95-39), (5-40) [6] ta có:

T = 240 Cv = 64,7; q = 0,25, x = 0,1; y = 0,2; m = 0,2; u = 0,15; p = 0 Tra bảng (5-1); (5-4) [6] ta có

Sphut = Sv ntt = 20 mm/ph

+ Tính lực cắt và mô men xoắn

Theo tài liệu [6] ta có:

Pz = 10. . w. .

.

p x y u q

+Tra bảng (5-119)[6] ta có lượng chạy dao răng: Sz = 0,1 mm/rg

+ Lượng chậy dao vòng: Sv = Z.Sz = 20.0,1 = 2mm/vòng

+ Xác định vận tốc cắt và số vòng quay trục chính

q V

Sphút = Sv.ntt = 150mm/phút

+ Tính lực cắt và mô men xoắn