Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật CADCAM trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu chính xác

Sử dụng công nghệ khuôn mẫu trong sản xuất có một ưu điểm vượt trội so với các công nghệ gia công khác là tạo ra năng suất cao, số lượng sản phẩm lớn, ít phải gia công lại nên đáp ứng đư

LỜI MỞ ĐẦU

Là những ngành công nghiệp có tính chất cần thiết, quan trọng đối với tất cả các lĩnh vực của quốc gia, là nền tảng của công nghiệp hoá Đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn, thời gian thu hồi vốn dài nên cần có sự hỗ trợ của Nhà nước và có cơ chế ưu đãi,

đó là các ngành: công nghiệp năng lượng, công nghiệp chế tạo, công nghiệp tự động Các ngành công nghiệp mũi nhọn là những ngành có lợi thế cạnh tranh nên được đầu tư phát triển nhất là cơ khí và cơ khí chế tạo tạo nền tảng và động lực cho các ngành ngề khác phát triển

Ngày nay công nghệ thông tin đã được ứng dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp với rất nhiều ngành đa dạng Công nghệ thông tin đã nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất kiểu truyền thống (với sự tham gia của con người là chủ yếu) sang các quá trình sản xuất với công nghệ cao (với sự trợ giúp vô càng hiệu quả của máy tính) Nhờ đó các giai đoạn thiết kế và chế tạo được từng bước tư động hoá từng phần hoặc tự động hóa hoàn toàn, nhờ sự trợ giúp của máy tính mà các ngành kỹ thuật nói chung và cơ khí nói riêng cũng dần được tự động hóa, giảm bớt sức lao động

và chi phí sản xuất Tiêu biểu nhất là các hệ thống CAD/CAM (thiết kế và chế tạo với sự trợ giúp của máy tính)

Trong những năm gần đây các viện nghiên cứu và các công ty thiết kế, các xí nghiệp sản xuất đều hướng tới nghiên cứu ứng dụng các hệ thống CAD/CAM với các mức độ khác nhau, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp Trong xu thế tất yếu đó, việc khái quát và nắm chắc một hay nhiều phần mềm CAD/CAM là một lợi thế cho các doanh nghiệp phát triển và vươn lên

Sử dụng công nghệ khuôn mẫu trong sản xuất có một ưu điểm vượt trội so với các công nghệ gia công khác là tạo ra năng suất cao, số lượng sản phẩm lớn, ít phải gia công lại nên đáp ứng được yêu cầu về sự đa dạng sản phẩm từ đơn giản đến phức tạp, với thời gian triển khai sản xuất nhanh

1 Lý do chọn đề tài

Bản thân khuôn mẫu cũng là sản phẩm của ngành cơ khí chế tạo tích hợp rất sâu các lĩnh vực công nghệ và giá trị tri thức.Rất nhiều tiến bộ kỹ thuật hàng đầu thế giới hiện nay trong lĩnh vực thiết kế, công nghệ vât liệu, công nghệ gia công chế tạo, tự động hóa đã và đang được thể hiện trong chế tạo khuôn mẫu

Sau khi thiết kế tính toán khuôn mẫu bằng các phần mềm CAD/CAM ta có thể xuất bản vẽ chi tiết các bề mặt khuôn và tiến hành lập trình gia công khuôn bằng phần mềm hỗ trợ lập trình và mô phỏng gia công CNC.Nếu quá trình mô phỏng đạt yêu cầu ta tiến hành xuất chương trình NC điều khiển máy gia công CNC gia công các bề mặt khuôn và các chi tiết khuôn mẫu Do đó việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/CAM vào thiết kế, tính toán, mô phỏng trong gia công khuôn mẫu chính xác là rất cần thiết

Phân tích lựa chọn trong số các phần mềm CAD/CAM thông dụng để có lựa chọn phần mềm mạnh và linh hoạt trong quá trình thiết kế và gia công khuôn mẫu như: CATIA, NX, MASTERCAM, CIMATRON, PRO\E…thì phầm mềm CATIA V5 được biết đến là một phần mềm mạnh nhất trong các phần mềm CAD/CAM để thiết kế gia công chế tạo cơ khí

Với định hướng đó và dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Tăng Huy tôi đã

chọn và hoàn thiện luận văn với đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu chính xác”.Với mục tiêu đạt ra là

ngiên cứu các công cụ hỗ trợ thiết kế và lập trình gia công khuôn trên máy phay CNC

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Ứng dụng các công cụ của phần mềm CATIA V5 vào thiết kế khuôn mẫu

- Ứng dụng các phương pháp lập trình và gia công trong CATIA V5 để gia công bề mặt khuôn trên máy CNC, mô phỏng quá trình gia công chi tiết để đạt được hiệu quả cao nhất

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học

- Phần mềm CATIA V5 là một phần mềm mạnh trong thiết kế gia công cơ khí với nhiều modul khác nhau có độ phức tạp lớn, thông qua nghiên cứu các

modul phù hợ với thiết kế và gia công khuôn mẫu chính xác và nhanh chóng rút ngắn thời gian thiết kế và gia công khuôn

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu khai thác công cụ thiết kế và gia công khuôn trên phần mềm CATIA V5 tối ưu và hiệu quả nhất, ứng dụng lý thuyết về thiết kế khuôn và lập trình gia công trên máy phay CNC hiệu quả

Nội dung luận văn bao gồm

Chương 1.Tổng quan về công nghệ CAD/CAM và sự cần thiết ứng dụng trong thiết

kế và gia công khuôn mẫu chính xác

Chương 2.Khai thác, sử dụng phần mềm CATIA V5 trong thiết kế và gia công khuôn mẫu

Chương 3: Thiết kế và gia công khuôn ép nhựa sản phẩm đế cánh quạt với phần mềm CATIA V5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM VÀ SỰ CẦN THIẾT ỨNG DỤNG TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG KHUÔN MẪU

CHÍNH XÁC

1.1 Giới thiệu về CAD/CAM

1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM

Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM gắn liền với sự phát triển của đồ họa máy tính Một trong những dự án quan trọng đầu tiên trong lĩnh vực đồ hoạ máy tính là dự án triển khai ngôn ngữ APT tại Học viện Công nghệ Massachusetts vào giữa thập kỷ 50 APT là chữ viết tắt của thuật ngữ Automatically Programed Tools, có nghĩa là “máy công cụ được lập trình tự động” Dự án này có quan hệ mật thiết với ý tưởng triển khai một phương pháp thuận tiện để thông qua máy tính xác định các yếu tố hình học phục vụ việc lập trình cho máy công cụ điều khiển số Mặc dù sự phát triển của APT là một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực đồ hoạ máy tính, nhưng việc sử dụng ngôn ngữ APT trước đây lại ít liên quan với đồ hoạ máy tính

Một ý tưởng khác, ra đời vào khoảng cuối thập kỷ 50 có tên là “bút quang” Ý tưởng về bút quang xuất hiện khi nghiên cứu cách xử lý dữ liệu ra đa của một dự

án quốc phòng gọi là SAGE (Semi-Automatic Ground Environment system) Mục đích của dự án này là triển khai một hệ thống phân tích dữ liệu rađa và làm rõ mục đích được coi là máy bay địch trên màn hình CRT Để tiết kiệm thời gian vào việc hiển thị máy bay đánh chặn của chủ nhà chống lại máy bay địch, người ta nghĩ ra bút quang, dụng cụ dùng để vẽ hình ảnh trực tiếp lên màn hình và giúp cho CPU nhận biết vị trí cụ thể của màn hình vừa được bút quang tiếp xúc Năm 1963 Ivan Sutherland công bố một số kết quả đầu tiên về đồ hoạ máy tính, cho phép tạo ra và làm chủ các hình ảnh trong thời gian thực trên màn hành CRT

Nhiều tập đoàn công nghiệp như General Motors, IBM, Lockheed-Georgia, Itek Corp, Mc Ponell, v.v Đã bắt đầu thực hiện những dự án về đồ hoạ máy tính từ những năm 60 Đến cuối thập kỷ 60 một số nhà cung cấp hệ thống CAD/CAM đã được thành lập, trong đó phải kể đến hãng Calma vào năm 1969 Các hãng này bán trọn gói theo kiểu chìa khoá trao tay, trong đó g ồ m có hều hết hoặc toàn bộ phần cứng và phần mềm theo yêu cầu của khách hàng Một số hãng khác phát triển theo hướng cung cấp phần mềm đồ hoạ như hãng Pat Hanratti mà công ty thành viên

của nó là MCS đã cho ra đời AD 2000 (với phiên bản sau đó là ANVIL 4000), đƣợc coi là gói phần mềm CAD phổ dụng

Hình 1_ 1: Quá trình hình thành và phát triển của CAD/CAM

Việc sử dụng các hệ thống CAD/CAM vào thực tiễn thiết kế gia công chế tạo các sản phảm cơ khí nói riêng và nền công nghiệp nói chung đã làm thay đổi quy trình sản xuất Hệ thống CAD/CAM cung cấp công cụ hỗ trợ thiết kế mô hình hình học, phân tích tối ƣu hóa việc thiết kế và gia công sản phẩm

Hình 1_ 2: Liên kết cơ sỏ dữ liệu CAD/CAM

Ngày nay CAD/CAM thực sự đã trở thành một công nghệ có tốc độ phát triển cực kỳ nhanh chóng, rât nhiều hãng sản xuất và cung cấp sản phẩm trong lĩnh vực này Trong đó có AutoCAD ra đời từ cuối năm 1982 đến nay đã có Version 14 chạy trên Windows; AutoCAD 2000 và AutoCADIX chạy trên Windows và trên mạng Internet; hãng Gulf Publishing với các phần mềm thiết kế, dạy học và tư vấn trong lĩnh vực hoá chất và dầu khí, được thành lập từ năm 1985 tại London Phần mềm CATIA được phát triển dần theo các năm 1982 - 1988 với các phiên bản CATIA Version 1,2,3; Năm 1993, phiên bản CATIA CAD/Cam Solutions Version

4 ra đời; Tháng 4/1999 bản CATIA Version 5 ra đời và từ năm 2002 trở lại đây, một loạt các phiên bản Version V5R8 đến V5R121 ra đời với các tính năng mới và các ưu điểm vượt trội trợ giúp ngày càng đắc lực hơn cho các công ty trong việc thiết kế và chế tạo sản phẩm

1.1.2 Ứng dụng CAD/CAM trong chế tạo khuôn mẫu

Nhờ cuộc cách mạng về máy tính điện tử đã có tác động to lớn đến nền sản xuất công nghiệp Đặc biệt trong ngành cơ khí chế tạo khuôn mẫu ngày nay công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, chuyển đổi sản xuất theo kiểu truyền thống sang kiểu sản xuất công nghệ cao (CNC), nhờ đó việ thiết kế chế tạo khuôn mẫu dần được tự động hóa nhờ ứng dụng CAD/CAM

Trên thế giới các nước có nền công nghiệp phát triển như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài loan… đã hình thành các tổ hợp sản xuất để sản xuất khuôn mẫu chất lượng cao cho các ngành, lĩnh vực công nghệ khác nhau

 Chuyên thiết kế chế tạo khuôn nhựa, khuôn dập nguội, khuôn dập nóng, khuôn đúc áp lực, khuôn ép chảy, khuôn tự động…

 Chuyên thiết kế chế tạo các cụm chi tiết tiêu chuẩn phục vụ cho chế rạo khuôn mẫu như: các khối khuôn tiêu chuẩn, trục dẫn hướng, lò xo, các cơ cấu cấp phôi tự động…

 Chuyên cung cấp các dịch vụ phục vụ chế tạo khuôn như: nhiệt luyện, đánh bóng, tang cường độ cứng bề mạt khuôn…

 Chuyên cung cấp các dụng cụ cắt gọt phục vụ gia công khuôn mẫu

 Chuyên cung cấp các phần mềm chuyên dụng CAD/CAM

 Chuyên thục hiện đo lường kiể tra chất lượng khuôn

Các mô hình liên kết mở giúp các doanh nghiệp có điều kiện đầu tư chuyên sau vào tùng lĩnh vực phù hợp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm phát huy tối đa tiềm lục của doanh nghiệp từ đó mở rộng thị trường nâng cao năng lực canh tranh cho doanh nghiệp

Điển hình là mô hình công nghiệp sản xuất khuôn mẫu của Đài Loan được đánh giá đạt tiêu chuẩn quốc tế nhưng giá chỉ bằng 50% giá nhập ngoại

Ở Việt nam thì thiết kế và chế tạo khuôn mẫu cũng đã hình thành và phát triển

và có những thành tựu trong nghiên cứu thiết kế và gia công khuôn mẫu về các sả phẩm khuôn mẫu chế tạo các sản phảm tiêu dung và một phần các sản phẩm cơ khí phục vụ cho các công ty hoặc công ty liên doanh với nước ngoài Tuy nhiên với các sản phẩm có yêu cầu công nghệ cao thì ngành khuôn mẫu ở Việt Nam vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu đa số vẫn phải nhập nagoại như các sản phẩm cơ khí cho tủ lạnh, điều hòa, ô tô, xe máy… nguyên nhân dẫn đên tình trạng trên chủ yếu là do:

 Sản xuất khuôn mẫu còn nhỏ lẻ tự phục vụ nhu cầu của một bộ phận nhỏ nhu cầu của thị trường

 Chưa có sự liên kết hợp tác giữa các doanh nghiệp để cùng thống nhất quy chuẩn, tiêu chuẩn đánh giá khuôn mẫu và đầu tư ngiên cứu sản xuất chuyên sâu một hoặc một số sản phẩm chủ yếu đặc trưng cho doanh nghiệp

 Hầu hết các cơ sở sản xuất manh mún nhỏ lẻ, đầu tư trùng lặp dẫn đến sự lãng phí không cần thiết, chưa có sự hợp tác chuyển giao công nghệ giữa các doanh ngiệp nhằm thúc đẩy ngành công nghiệp cơ khí nói chung và khuôn mẫu nói riêng phát triển

 Chưa đầu tư thật sự để nghiên cứu phát triển nâng cáo chất lượng sản phẩm

Để ngành cơ khí việt nam có thể phát triển mạnh mẽ hơn và dần bắt kịp các nước trên thế giới thì chúng ta cần phải đầu tư một cách hệ thống có quy hoạch nghiên cứu cụ thể phù hợp với nền công nghiệp ở Việt Nam.ngoài ra còn phải đầu

tư ngiên cứu phát triển một phần mềm ứng dụng CAD/CAM trong sản xuất

1.2 Một số phần mềm CAD/CAM thông dụng trong thiết kế và gia công

khuôn

1.2.1 Một số phẩn mềm CA/CAMD dùng cho cơ khí chế tạo

 AutoCAD (hãng AutoDesk - Mỹ, là một trong các hãng dẫn đẩu về CAD,

ra đời 1970): Dùng cho thiết kế cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện, điện tử

 CATIA (Pháp): Là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện nay, do hãng Dassault Systems ngiên cứu và phát triển

UNIGRAPHICS (Đức): Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo

 SOLIDWORK: Rất mạnh trong thiết kế, tính toán cơ khí chế tạo (và xây dựng) ngoài ra Solidwork cũng phát triển các công cụ hỗ trợ cho quá trình gia công như SolidCAM và các tools hỗ trợ thiết kế khuôn mẫu

 CIMATRON (Nhật - Israel): Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo

 Master CAM (Mỹ): Tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế rạo

 DENFORD (Anh): Giải pháp CAD/CAM - CNC trọn gói

1.2.2 CATIA V5 và thiết kế khuôn mẫu chính xác.

1.2.2.1 Giới Thiệu Phần Mềm CATIA

Là phần mềm CAD/CAM/CAE rất mạnh giúp giải quyết gần như từ đầu đến cuối các công việc từ thiết kế sản phẩm công nghiệp, tiêu dùng (CAD) đến việc phân tích (CAE) và cuối cùng là điều khiển việc sản xuất, chế tạo sản phẩm (CAM) một cách chính xác, nhanh chóng và đạt hiệu quả cao

Bắt đầu được phát triển từ năm 1981 bởi công ty Dassault Systemes, Pháp.Là phần mềm thiết kế công nghiệp được viết ra với mục đích đầu tiên là sử dụng để thiết kế CAD các sản phẩm có bề mặt 3D phức tạp.Về sau, do nhu cầu của thị trường cũng như đòi hỏi cấp thiết của sản xuất.Phần mềm CATIA được phát triển với khả năng tích hợp CAD (Computer Aided Design - Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính) và CAM (Computer Aided Manufacture - Sản xuất dưới sự trợ giúp của máy tính).Trở thành phần mềm tích hợp thiết kế và điều khiển các quá trình gia công thường gọi là CAD/CAM

Phần mềm CATIA được phát triển dần theo các năm 1982 - 1988 với các phiên bản CATIA Version 1,2,3; Năm 1993, phiên bản CATIA CAD/Cam Solutions Version 4 ra đời; Tháng 4/1999 bản CATIA Version 5 ra đời và từ năm

tính năng mới và các ưu điểm vượt trội trợ giúp ngày càng đắc lực hơn cho các công ty trong việc thiết kế và chế tạo sản phẩm Trở thành một phần mềm công nghiệp không thể thiếu được trong các công ty công nghiệp hàng đầu trên thế giới

Phần mềm công nghiệp CATIA được ứng dụng rộng rãi tại các hãng sản xuất công nghiệp lớn trên thế giới như hãng sản xuất máy bay Boing (Thiết kế và sản xuất máy bay); Hãng ô tô Ford (Mỹ); BMW(Đức); Nissan (Nhật Bản) cũng như nhiều công ty khác ở nhiều nước phát triển trên thế giới

Do là một phần mềm công nghiệp rất mạnh, được tích hợp nhiều Module thiết kế cho nhiều vấn đề trong công nghiệp nên CATIA yêu cầu cấu hình của máy tính rất cao (Tối thiểu là PIII 1GHz trở lên, RAM yêu cầu 256MB; Cạc màn hình dung lượng tối thiểu 64 MB, Màn hình đồ hoạ màu độ phân giải từ 1024x768 Pixel) Hơn nữa giá phần mềm rất đắt Tuy nhiên CATIA nếu được sử dụng hiệu quả thì sẽ giúp chúng ta nhanh chóng và dễ dàng tạo ra nhiều mô hình khác nhau, điều khiển quá trình gia công chúng trên các máy CNC, tạo cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc tính toán phân tích trạng thái bền, nhiệt của mô hình chi tiết cũng như của

cả một kết cấu máy được lắp ráp hoàn chỉnh trên phần mềm với các đường hướng

rõ ràng, cấu trúc đồ hoạ trực quan, kịp thời với một cơ sở dữ liệu thống nhất cho cả CAD/CAM và CAE

1.2.2.2 Cấu Trúc Phần Mềm CATIA

Phần mềm CATIA thiết kế với cấu trúc phân thành nhiều Module với các chức năng của các Module phục vụ cho các công việc khác nhau trong thiết kế, phân tích, lắp ráp, chế tạo cũng như mô phỏng, xuất bản vẽ chi tiết 2 chiều Tất cả các Module đều sẽ sử dụng thống nhất một cơ sở dữ liệu và dễ dàng chuyển qua lại giữa các Module khi thiết kế

FEM)

Machining NC (Chứa các Module tạo chu trình gia công trên các máy CNC)

Hình 1_ 3: Sơ đồ hệ thống CATIA CAD/CAM/CAE

1.2.2.3 Các Module thiết kế khuôn tự động (Mold Design)

Sau khi thiết kế sản phẩm, sản phẩm được xử lý tiếp theo tuỳ mục đích hoặc nhập vào các Module trợ giúp thiết kế khuôn tự động (Mold Design) để thiết kế một bộ khuôn

 Core & Cavity Design: Module tạo các bề mặt hốc, lõi, lõi mặt bên của sản phẩm để chuẩn bị cho quá trình thiết kế khuôn

 Mold Tooling Design: Module thiết kế khuôn tự động Với nhiều chi tiết tiêu chuẩn và công cụ sẽ giúp cho quá trình thiết kế khuôn được nhanh chóng và hiệu quả, trực quan

Ngoài các Module trên, CATIA còn có nhiều Module thiết kế với các công dụng khác nhau như Module trợ giúp tạo mẫu nhanh, Module các chi tiết tiêu chuẩn, Module thiết kế các hệ thống thuỷ lực, Module hỗ trợ các máy đo toạ độ hiện đại….)

- Lathe Machining: Tạo các bước gia công tiện CNC

- Prismatic Machining: Tạo các bước gia công phay hốc phẳng Milling 2 trục và 3 trục

- Surface Machining: Tạo các bước gia công thô, bán tinh, tinh bề mặt Surface phức tạp trên máy CNC 3 trục

- Advanced Machining: Tạo các bước gia công thô, bán tinh, tinh bề mặt Surface phức tạp trên các máy nhiều trục

Mỗi Module đảm nhận các chức năng riêng biệt và có thể chuyển đổi qua lại giữa các Module để tạo các chu trình gia công cần thiết gia công chi tiết Sau đó, sẽ tạo các đường chạy dao Toolpath và mô phỏng từng chu trình hoặc toàn bộ các chu trình gia công trên màn hình đồ hoạ, kiểm tra sự va chạm dao với chi tiết hoặc đồ gá, kiểm tra lượng dư còn lại giữa các chu trình

1 2

1

2

cũng như của toàn bộ các chu trình đã thiết kế Việc cuối cùng là xuất các mã gia công NC Code (Với định dạng mã G-Code hoặc các loại mã khác thông dụng) ra các Files Text trên máy tính để chuyển vào bộ nhớ máy CNC tiến hành gia công.

Sản phẩm, ý tưởng, đơn dặt

hàng

Tạo các kênh dẫn nhựa

Runner Channel

Thiết kế sản phẩm 3D

Mechanical Design (CAD)

Tạo các kênh làm mát Coolant

mặt Surface lõi Core; Lòng

khuôn Cavity; Lõi mặt bên

Core; Lòng khuôn Cavity; Lõi

mặt bên Slider vào Module

Xuất các bản vẽ kỹ thuật 2D từ các chi tiết 3D của bộ khuôn

Drafting Design

Tạo các tấm khuôn theo tiêu

chuẩn Standard hoặc theo chủ

ý người thiết kế

Thiết lập quy trình công nghệ

(CAM) gia công các chi tiết Machining Design

khuôn Cavity; Lõi mặt bên

Hình 1_ 4: Sơ đồ tuần tự thiết kế khuôn trên catia

1.3 Kết luận chương 1

Ngày nay CAD/CAM không còn xa lạ đối với dân kỹ thuật, nó đã trở thành một phần không thể thiếu trong quá trình ngiên cứu thiết kế chế tạo các chi tiết, sản phẩm Ngoài ra công nghệ CAD/CAM có tốc độ phát triển cực kỳ nhanh chóng đáp ứng được các yêu cầu ngày càng khắt khe trong sản xuất và cơ khí chế tạo nói riêng

Việc ứng dụng các sản phẩm CAD/CAM mang lại rất nhiều lợi ích cho người sử dụng và các doanh nghiệp sản xuất Nó giúp đẩy nhanh quá trình sản xuất, giảm thiểu tối đa sai sót trong thiết kế, tiết kiệm được nghuyên vật liệu sản xuất, giảm giá thành của sản phẩm và dần thay thế kiểu sản xuất thủ công bằng sức lực con người sang tự động hóa bằng máy móc…

Với những tính năng vượt trội mà công nghệ CAD/CAM đem lại cho sản xuất

cơ khí nói chung và khuôn mẫu nói riêng việc nghiên cứu ứng dụng các phần mềm CAD/CAM trong sản xuất là điều tất yếu Các phần mềm CAD/CAM trên thị trường rất phong phú và đa dạng nên việc lựa chọn và ứng dụng các phần mềm CAD/CAM cho phù hợp cũng là một vấn đề quan trọng đối với người sử dụng và doanh nghiệp

Trong các phần mềm thiết kế và gia công cơ khí phần mềm CATIA V5 là một phần mềm mạnh giúp thiết kế và gia công nhanh chóng dẽ dàng cho người kỹ sư khi thiết kế và tạo lập chương trình gia công cho máy phay CNC

Chương 2: KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM CATIA V5 TRONG THIẾT KẾ GIA CÔNG KHUÔN MẪU

Các công cụ được ứng dụng trong thiết kế khuôn với phần mềm CATIA V5

Nội dung chương này nêu lên các Module thiết kế chế t o và gia c ng khu n m u Việc khai thác sử dụng phần mềm CATIA trong thiết kế - tính toán - chế t o khuôn sản phẩm nhựa (Giới thiệu công cụ, các lệnh liên quan trong các Module) ở 2 phần chính là:

- Thiết kế khuôn: Gồm Module tạo lõi Core & Cavity, Module thiết kế

khuôn tự động Mold Tooling Desing

- Gia công khuôn: Gồm Module tiện Lathe Machining và Module phay

CNC Surface Machining

(Chương này được tham khảo trên các tài liệu và trang web được ghi ở mục tài liệu tham khảo)

2.1 Core & cavity design :

Module tạo các Surface lõi khuôn, lòng khuôn và lõi mặt bên cho sản phẩm để chuẩn bị cho bước tiếp theo là thiết kế hoàn chỉnh bộ khuôn trong Module Mold Tooling Design Làm theo cỏc bước sau:

2.1.1 Vào môi trường Module Core & Cavity Design:

Trước khi vào môi trường Core & Cavity Design, ta phải vào môi trường

Assembly Design (Start > Mechanical Design > Assembly Design) Cửa sổ môi

trường Assembly Design hiện ra Click nút Part và Click lên Product1 trên cây

phả hệ Specification Tree bên trái cửa sổ màn hình Một biểu tượng Part1 được tạo ra trên cây phả hệ Click đúp vào biểu tượng Part1 đó để chuyển chế

độ làm việc hiện thời lên biểu tượng đó

Click theo đường dẫn Start > Mechanical Design > Core & Cavity Design

Môi trường Module Core & Cavity đã được kích hoạt.Các thanh công cụ của môi trường này xuất hiện bên phải của cửa sổ CATIA

2.1.2 Nhập chi tiết vào bản vẽ (Importing a Part)

Hộp thoại hiện ra Các thông số trong hộp thoại như sau:

- Reference: Mở mô hình sản phẩm để nhập vào

- Axis System: Chọn trục toạ độ

- Shringage: Định nghĩa tỷ lệ thu phóng Scale của vật thể được nhập vào Đây là

thu phóng sản phẩm khi tính đến độ co ngót

+ Scaling : Thu phóng Scale theo một lỷ lệ (Ratio) chung đẳng hướng

+ Iffinity : Thu phóng Scale theo tỷ lệ khác nhau theo hướng khác nhau

2.1.3 Định nghĩa hướng mở khuôn chính

(Defining The Main Pulling

Direction):

- Định nghĩa hướng kéo chính.Là

hướng mà 2 nửa khuôn sẽ di chuyển

vào hoặc tách rời nhau ra, đồng thời

qua đó định nghĩa bề mặt Surfaces

Core & Cavity Click Defines

Pulling DirectionICon.Hộp thoại

hiện ra Các thông số trong hộp thoại

như sau:

- Direction: Hướng kéo

(hướng tháo khuôn) có thể được định nghĩa bằng 2 cách:

+ Sử dụng cách nhập toạ độ X, Y, Z để xác định véc tơ kéo

+ Hoặc sử dụng 3D Compass bằng cách đưa 3D Compass vào đối tượng và điều chỉnh hướng của 3D Compasss

Hình 2_ 1: Thu phóng Scale theo hướng và tỉ lệ khác nhau

Hình 2_ 2: Định nghĩa hướng mở khuôn

chính

- Locked: Nó có thể được khoá chỉ 1 lần thiết lập toạ độ hệ thống để tránh những

chỉnh sửa không định trước có thể phải làm khi di chuyển 3D Compass Khoá hướng kéo có thể được sử dụng:

+ Local Transfer: Di chuyển một số mặt Face của chi tiết đến 3 vùng chính

xác (Core; Cavity; Other) Khi muốn một số mặt do trên chi tiết thuộc vào vùng lõi (Core) hay hốc (Cavity) hay (Other) thì sử dụng công cụ này để chọn bề mặt đó và chuyển nó thành lõi hay hốc hoặc cái khác (khi chọn song thì mặt đó sẽ trở thành cùng màu với màu mặc định của vùng muốn chuyển đến)

- Facet Display:Hiển thị mặt trên 1 mặt màu xanh để có thể xác định những nơi

không tương thích với phần còn lại của mặt và giải quyết vấn đề đó

+ Explode:Hiển thị sự hình dung đồ hoạ của vùng lõi và vùng hốc (Sẽ hiển

thị bề mặt của lõi và hốc ở 2 nửa lòng khuôn) Ví dụ 2 nửa khuôn chiếc vỏ trên của điện thoại di động với màu xanh là khuôn trên và màu đỏ là khuôn dưới (lõi) Nhập

số vào Entry Box để gia tăng khoảng cách giữa 2 nửa khuôn

- Draft Angle: Định nghĩa góc nghiêng nhỏ nhất giữa Surface và hướng nâng

- Switch:Đảo chiều của Cavity và Core

- Click vào chi tiết trong màn hình đồ hoạ Chi tiết trở thành màu xanh Green

(Core-Lõi) và nếu lật chi tiết lên thì sẽ thấy mặt phía dưới của chi tiết có màu đỏ (Cavity-Hốc Những vùng có độ vát hơn 10 thì sẽ thấy màu xanh Blue (Other) Sử

dụng các công cụ Local Transfer để chọn các mặt theo lõi hoặc theo lòng khuôn

- Click OK để hoàn thành việc tạo hướng kéo chính và tạo bề mặt lõi Core và bề

mặt lòng khuôn Cavity

2.1.4 Định nghĩa hướng chuyển động của

lõi mặt bên và tạo bề mặt cho lõi mặt bên

(Defining The Pulling Direction For

Sliders):

Lệnh này bắt buộc phải được thực hiện sau

khi đã xác định song hướng kéo chính của 2

nửa khuôn

Hộp thoại hiện ra

- Đặt 3D Compass vào phía mặt cần

Pick của chi tiết bằng cách Click vào chân

màu đỏ của nó và di đến bề mặt cần liên kết

- Click nút Defining Slider Lifter Direction ICon

- Làm tương tự như trên bước 3 Click OK để hoàn thành Một trục toạ độ hệ thống mới sẽ được tạo ra trong cây phả hệ

2.1.5 Cắt, hiệu chỉnh và tạo mặt phân khuôn sử dụng lệnh (Splitting a Face)

Lệnh này chia một hoặc nhiều mặt thành các phần khác nhau để chuyển các mặt bị phân chia về các phía lõi Core, lòng khuôn Cavity hoặc lõi ngang Slider tuỳ lựa chọn của người dùng.Lệnh này dùng để hiệu chỉnh các bề mặt hoặc tạo mặt phân khuôn tại vị trí mong muốn

- Trong CATProduct, ẩn tất cả các đối tượng bằng cách chọn đối tượng trên cây phả

hệ Specification Tree bên trái cửa sổ và Right Click sau đó chọn Hide để ẩn Vào

Insert trên Menu và chọn Create OpenBody để tạo một đối tượng mới trên cây

phả hệ Specification Tree Bây giờ tạo 2 đường lines và 2 lines này sẽ định nghĩa

cạnh của mặt Face phân chia Click vào Create Line Icon Chọn Tangent to Curve

cho kiểu tạo

Hình 2_ 3: Định nghĩa hướng chuyển động và tạo bề mặt cho lõi mặt bên

Chọn đường đầu tiên Chọn đường thứ 2 Chọn mặt hỗ trợ

- Nhóm 2 đường lại Click nút JointIcon Chắc chắn rằng kiểm Connexity

(kiểm tra sự nối giữa 2 đường) không được kích hoạt và chọn 2 đường thẳng Lines vừa tạo như hình sau đó Click nút OK trên hộp thoại để nhóm

- Bây giờ chia Split mặt cạnh cái hố Click nút Split Mold Icon Hộp thoại hiện ra Chọn mặt ngoài có hố như là đối tượng để cắt Element To Cut và 2 đường thẳng Joint như là Cutting Element

Nhấn Apply Sau đó trên danh sách

của hộp thoại của hộp thoại hiện ra

tên 2 nửa của mặt bị cắt Chọn mặt

Surface.16 và chọn trong Field

Destination là Slider/Lifter.1 và

Click nút Change Destination để

chuyển đổi mặt mới này vào đối

tượng con trượt ngang

Slider/Lifter.1 Tương tự với mặt

còn lại có thể chuyển đổi nó vào

các đối tượng đích khác như Core hay là Cavity

- Với lệnh này, ta có thể tạo các đường bao cắt các bề mặt để tạo mặt phân khuôn Parting Surface

2.1.6 Kiểm tra sự đóng mở khuôn (Explode View):

- Tương tự như lựa trọn Explode trên.Ở đây sẽ mô phỏng sự mở khuôn các bề mặt Core; Cavity; Slider một cách trực quan.Nhập giá trị Explode Value để điều chỉnh

khoảng cách mở

2.2 Mold tooling design

Module thiết kế khuôn có chức năng thiết kế ra một bộ khuôn 3D hoàn chỉnh với đầy đủ những chi tiết cần thiết theo ý tưởng bộ khuôn của người thiết kế Module này chứa các lệnh tạo, chèn các chi tiết của khuôn như các tấm khuôn, tạo các hệ

thống đẩy, tạo hệ thống làm mát, tạo hệ thống dẫn nhựa,… và chứa một thư viện Catalog gồm rất nhiều các chi tiết tiêu chuẩn của khuôn theo tiêu chuẩn của Nhật, Châu âu, Mỹ… và người thiết kế chỉ việc lấy ra khỏi thư viện và chèn vào bộ khuôn một cách nhanh chóng Sau đây là các bước thiết kế một bộ khuôn nhựa:

2.2.1 Chuẩn bị chi tiết (T o các bề mặt Surface cơ sở để t o khuôn)

Việc này được thực hiện trong Module Core & Cavity Design Yêu cầu đặt ra là các loại Surface (Core; Cavity; Slider) phải liên kết các mảnh của chúng (theo từng loại Surface) với nhau và được làm kín và không có khe hở Có thể sử dụng các

lệnh như lệnh Fill (tạo Surface điền đầy khoảng rỗng) hoặc các lệnh tạo bề mặt khác có sẵn trong Module Core & Cavity để tạo

- Click JointICon Chọn tất cả các cạnh dưới của Part Click OK trong hộp thoại để xác nhận thực hiện lệnh Các đường Line xuất hiện tại các cạnh lựa chọn

- Để điền đầy các vị trí hố trên các Surface.Làm tương tự như trên và tạo một

Joint mới trên cây phả hệ là Joint.2

- Click Fill Chọn Joint.2 trên cây phả hệ và OK và hố sẽ được điền đầy

- Bây giờ tiếp tục tạo mặt phân khuôn Surface Parting Click SweepICon

Hộp thoại mở ra và chọn kiểu Profile Type thích hợpClick OK để tạo mặt phận

khuôn.Sử dụng menu ngữ cảnh để đổi

PartingSurface.Chọn các đường

Contour Joint1 tạo lúc trước đó và

Click OK.Mặt phân khuôn đã được

tạo ra mặt phân khuôn

Hình 2_ 4: Tạo mặt phân khuôn Surface Parting

2.2.2 Vào môi trường Mold Tooling Design

Sau khi tạo và hoàn thiện các bề mặt Surface Core; Cavity; Slider trong Module Core & Cavity Chuyển đổi từ môi trường Core & Cavity sang môi trường Mold Tooling Design như sau:

Start > Mechanical Design > Mold Tooling Design

Môi trường Mold Tooling Design đã được kích hoạt và sẵn sàng để thiết kế khuôn

2.2.2.1 Thiết kế thân khuôn Mold Base bằng cách sử dụng lệnh (Create a New Mold)

Lệnh này sẽ nhập vào và tạo một thân khuôn với đầy đủ các tấm theo tiêu chuẩn hoặc theo ý tưởng của người thiết kế khuôn

- Click nút Create a new Mold Hộp thoại hiện ra và trên cửa sổ đồ hoạ cũng

hiển thị thân khuôn

Hình 2_ 5: Thiết kế thân khuôn bằng cách sử dụng lệnh Create a New

Mold

- Injection Side: Phía đầu phun (phần cố định)

+ Clamping: Tấm kẹp khuôn trước

+ Upper Bar:Khối đỡ phía trước

+ Cavity Support:Tấm đỡ

+ Cavity:Tấm khuôn trước

- Ejection Side: Phía di động

+ Core: Tấm khuôn sau

+ Core Support:Tấm đỡ

+ Riser Bar:Khối đỡ phía sau

+ Setting Plate:Tấm kẹp phía sau

- Ejector System: Phần đẩy gồm tấm đẩy, tấm giữ, chốt đẩy, tấm tháo khuôn

+ Stripper Plate:Tấm tháo khuôn đúc (tấm lấy sản phẩm ra thay thế cho

chốt đẩy trong một số loại khuôn, tấm này nằm trên phần tấm khuôn sau, ngoài ra

nó còn có rãnh dẫn)

+ A Plate:Tấm giữ (Retaining Plate)

+ B Plate:Tấm đẩy (Ejector Plate)

- Dimensions:Phần kích thước

+ Length: Xác định chiều dài khuôn

+ Overhang: Phần nhô ra của các tấm kẹp theo chiều Length

+ Width: Chiều rộng của khuôn

+ Overhang: Phần nhô ra của tấm kẹp theo chiều Width

+ Overlap Cavity/Core: Phần chồng chéo lên nhau của Cavity và Core trong

màn hình Có thể thấy trên hình trên

+ Overlap Stripper/Core: Phần chồng chéo lên nhau của Stripper và Core + Upper Bar Width: Chiều rộng khối đỡ ở phía trên

+ Riser Width: Chiều rộng của khối đỡ phía dưới

+ Ejector Width: Chiều rộng của các tấm đẩy

- Có thể nhập thân khuôn tiêu chuẩn Standard Mold-Base từ Catalog thư viện có sẵn

trong CATIA Từ hộp thoại trên Click nút Catalog để truy cập cửa sổ trình

duyệt Catalog

- Click đúp vào tên của tiêu chuẩn muốn chọn để hiện ra các loại Mold Base ở phía trái cửa sổ Hiện ra các loại thân khuôn tiêu chuẩn và các kích thước của nó

+ MoldL: Chiều dài chính của Mold

+ MoldW: Chiều rộng chính của Mold

+ OverL:Chiều dài phần nhô ra Overhang của tấm kẹp khuôn trên và tấm

kẹp khuôn dưới

+ OverL:Chiều rộng nhô ra của Overhang của tấm kẹp khuôn trên và tấm

kẹp khuôn dưới

+ UppW: Chiều rộng khối đỡ trên Upper Bar

+ RisW:Chiều rộng khối đỡ dưới Riser Bar

+ EjeW:Chiều rộng tấm đẩy

+ CorCavS:Khoảng chồng chéo lên nhau Overlap giữa Cavity Plate và Core

Plate Theo công thức giá trị đó là = 0,8 Chiều cao của tấm Core

+ StripOverlap:Khoảng chồng chéo giữa Stripper và Core Plate

+ SPShH:Khoảng cách giữa tấm kẹp dưới setting và tấm đẩy Ejector Plate Hình 2_ 6: Nhập thân khuôn tiêu chuẩn Standard Mold-Base từ Catalog

- Chú ý: Hình chữ nhật hiển thị trong cửa sổ chương trình thể hiện chiều dài

và chiều rộng của Mold Base lựa chọn Sau khi chọn song Click đúp vào loại

khuôn muốn nhập để hoàn thành

2.2.2.2 Thêm một tấm Plate vào bộ khuôn Mold Base (Add Mold Plate)

Với Mold Base đã có sẵn Click nút Add Mold Plate Hộp thoại hiện ra.Trong hộp thoại, chọn UpperBar cho Configuration Type (Chọn kiểu tấm sẽ được chèn vào

Mold Base).Chú ý rằng chỉ chọn kiểu của các tấm chưa có trong Mold Base có sẵn trước đó

+ EjectionSystem: Vị trí trong khuôn ở trong hệ thống đẩy

- Parameters: Thông số chiều dài, chiều rộng, chiều cao của tấm cần đặt vào

- Click OK để chèn vào

Hình 2_ 7: Thêm một tấm Plate vào bộ khuôn Mold Base bằng lệnh Add

Mold Plate

2.2.2.3 Thêm vào một mảnh ghép của khuôn bằng lệnh (Add Insert)

- Chọn phần InjectionSide trong cây phả hệ và ẩn nó đi như hình:

- Click nút Add Insert ICon Chọn để thêm vào

một Pad trong Catalog hoặc một chi tiết thiết kế

sẵn.Sau đó Click vào bề mặt khối nào đó cần

chèn Pad Trục đứng của khuôn sáng lên để có

thể thấy mặt phía dưới của CoreSupportPlate

Clickchọn Surface này

- Click một chút về phía bên trái tâm của Surface

để đặt vị trí Pad

- Trong hộp thoại, nhập giá trị 36 cho giá trị trục Z

và Drill từ tấm CorePlate Các thông số

Parameters chứa các giá trị chiều cao, chiều dày

của chi tiết cần Add thêm vào

- Drill From: Khối chèn vào sẽ được chèn vào lỗ khoan từ tấm… Chọn tấm

- To: Đến tấm… Chọn tấm

- Click OK Chi tiết đã được chèn vào vị trí yêu cầu

2.2.2.4 Chèn các chi tiết tiêu chuẩn từ thư viện Catalog của phần mềm CATIA

Hình 2_ 8: Thêm vào một mảnh ghép của khuôn bằng lệnh Add Insert

Những chi tiết tiêu chuẩn có trong thư viện của CATIA được chọn và có thể định ra các thông số của nó (Parameter) cho thích hợp với từng bộ khuôn Các chi tiết tiêu chuẩn này được thêm vào bằng cách Click vào các nút lệnh có biểu tượng (Icon) tương ứng trên thanh công cụ của môi trường Mold Tooling Design sau đó chọn trong thư viện của CATIA các chi tiết mong muốn hoặc chèn vào một cái tự thiết kế không có sẵn trong thư viện Các chi tiết tiêu chuẩn có sẵn trong thư viện của CATIA như sau:

hướng

Bạc lót Vòng định vị Chốt định vị Chốt đẩy Chốt đẩy

Cơ cấu đẩy phẳng Bạc đẩy Chốt cấy lõi Chốt hãm Chốt xiên

Các thao tác với các chi tiết được chèn vào:

- Chèn và định vị các chi tiết tiêu chuẩn lên khuôn:

+ Click nút chứa các chi tiết tiêu chuẩn trên thanh công cụ và hộp thoại tương ứng sẽ hiện ra để chèn các chi tiết vào bộ khuôn Ví dụ ở đây mô tả việc chèn một chi tiết là chốt dẫn hướng vào bộ khuôn

+ Click nút Add LeaderPin Hộp thoại hiện ra Sử dụng Catalog ICon , hoặc chọn chi tiết tham khảo khác từ một Files, sử dụng File ICon

để chọn chi tiết tiêu chuẩn hoặc chi tiết người dùng thiết kế

Hình 2_ 9: Chèn chốt dẫn hướng lên khuôn

+ Chọn 1 mặt của tấm Mặt vẽ phác

Sketcher xuất hiện, với toạ độ và các

mũi tên định vị điều khiển

tayManipulator để điều chỉnh vị trí

của chi tiết Hình dạng chi tiết chốt

dẫn hướng sẽ hiện hình trên lưới

Sketcher với màu đỏ

Để định vị trí của chi tiết, có thể làm

một trong các cách sau:

+ Trong Mold Base tiêu chuẩn được

chèn vào chứa đựng sẵn các điểm 3D (Các điểm màu trắng), các điểm đó được nhận diện như là vị trí của các chi tiết Ví dụ với chốt dẫn hướng sẽ có 4 điểm được tạo sẵn Khi chèn 1 chi tiết lên 1 điểm đó thì chương trình sẽ tự động tạo

ra tại 3 điểm còn lại cũng chi tiết được chèn tương ứng với các thông số như

chi tiết chèn vào Để sử dụng tính năng này, cần Click chọn công cụ Manage All để kích hoạt tính năng này

+ Sử dụng mũi tên để di chuyển chi tiết trên Face Sử dụng các cung tròn màu xanh Green để xoay chi tiết quanh trục Z

Right Click và chọn Edit thì một hộp thoại nhỏ sẽ hiện ra để nhập chính xác góc quay hoay khoảng dịch chuyển của chi tiết

+ Nếu Drill From hoặc Drill To được định nghĩa trước khi định vị chi tiết

thì hướng của chi tiết sẽ được áp đặt theo hướng của mặt lựa chọn

+ Khi định vị theo Sketcher, có thể định vị nhiều điểm bằng cách chọn Pick nhiều nơi trên Sketcher

+ Khi chi tiết được tạo trên điểm 3D, bạn có thể thay đổi sự định hướng của

nó bằng cách chọn một line, một Edge, hoặc một trục nào đó Tức thì trục của chi tiết sẽ theo hướng đối tượng ta chọn

+ Mặc định Drill From&Drill to sẽ được thiết lập là No Selection Và khi

chèn thì chi tiết sẽ được chèn vào nhưng các tấm sẽ không thay đổi Nếu muốn các chi tiết chèn vào và tấm khuôn được khoét tại các vị trí đó như khi lắp ráp,

trước tiên chọn Drill From hoặc Drill To trong hộp thoại, sau đó Pick một

tấm Plate hoặc một chi tiết trong vùng đồ hoạ để định nghĩa Các tấm theo thứ

tự từ tấm Drill From đến tấm Drill To sẽ được khoét cho vừa với chi tiết

được chọn

+ Reverse Direction hoặc mũi tên W được sử dụng để đảo chiều của các chi

tiết được chèn

+ Parameters Tab được sử dụng để hiển thị

các tham số của chi tiết Các tham số này có

thể được điều chỉnh và lựa chọn theo ý người

dùng bằng cách Click nút bên trái của mỗi

ô thông số

+ Sau khi đã chọn song chi tiết, xác định vị

trí và hướng của chi tiết cũng như những tấm

sẽ được khoan Click OK để chèn chi tiết vào bộ khuôn Ta đã thực hiện chèn song chốt dẫn hướng vào bộ khuôn Như hình vẽ sau:

+ Tương tự với các chi tiết khác cũng tiến hành với các bước trên Sau khi chèn, các chi tiết sẽ cũng được tạo ra trên cây phả hệ

- Hiệu chỉnh các chi tiết đã chèn

+ Chọn và Right Click vào một chi tiết đã chèn trong cây phả hệ hoặc trong màn

hình và chọn Edit LeaderPin Component trong menu ngữ cảnh hiện ra Hộp thoại Edit Component (Giống hộp thoại chèn Define Component đã nói ở trên)

+ Bây giờ ta có thể điều chỉnh vị trí chi tiết, gốc toạ độ của nó, phương hướng,

kích thước; Hiệu chỉnh Drill From/To để khoan và các thông số Parameters của

nó

+ Click OK để xác nhận việc hiệu chỉnh và đóng hộp thoại

- Xoá một chi tiết đã chèn:

+ Chọn chi tiết trong cây phả hệ Specification Tree hoặc trên màn hình đồ hoạ

Right Click và chọn Delete Component để xoá chi tiết đó đi cũng như ảnh hưởng của

nó đến các chi tiết khác Ví dụ như khi xoá chi tiết chốt dẫn hướng thì nó sẽ xoá bỏ lỗ lắp chốt đã khoan trên các tấm khuôn nó chèn vào

- Tạo một chi tiết nữa giống chi tiết

đã chèn

+ Chọn chi tiết bấy kỳ trên cây phả

hệ Specification Tree hoặc trên màn

hình đồ hoạ Click chuột phải và chọn

Add New Instances trong menu ngữ

cảnh hiện ra Một hộp thoại Define

Component sẽ xuất hiện để cho người

sử dụng định vị trí của chi tiết đó lên bộ

2.2.2.5 Tạo miệng phun Gates và tạo kênh nhựa Runner

- Tạo miệng phun Gates

+ Chọn Mold(Mold1) trong cây phả hệ và sử dụng Hide/Show trong Menu ngữ

cảnh để ẩn nó (không bắt buộc nhưng sẽ dễ dàng tiến hành chọn các điểm) Click

nút Add Gate ICon Hộp thoại chọn điểm hiện ra.Chọn một điểm trên

MoldedPart để định nghĩa vị trí của Gate Hộp thoại cho phép chọn trực tiếp chính

xác vị trí của miệng phun nhựa trên các bề mặt Surface của lõi hoặc của Cavity đã

Hình 2_ 10: Tạo miệng phun Gates

+ Sau khi chọn song điểm thì Click OK để xác nhận và đóng hộp thoại Một

GateBody và một điểm Gate.1.1 được tạo ra trong cây phả hệ Specification Tree và

hộp thoại định nghĩa miệng phun nhựa hiện ra.Giúp ta chọn kiểm miệng phun và vị trí miệng phun tại lõi Core hoặc trên lòng khuôn Cavity Minh hoạ bằng hình dưới đây:

+ Stamp được sử dụng để tạo miệng phun phía Cavity hoặc và/hoặc là trong Core

+ Click nút và vào trình duyệt Catalog để định nghĩa kiểu miệng phun:

SideGates (miệng phun bên cạnh); DirectGates (miệng phun trực tiếp từ trên xuống); hoặc là SubmarineGates (miệng phun đường ngầm)

+ Click đúp kiểu miệng phun mong muốn, cửa sổ trình duyệt Catalog Browser Gate sẽ hiển thị kiểu mặt cắt hình học của miệng phun cho từng loại Ví dụ với kiểu phun cạnh thì mặt cắt hình học gồm 2 loại: Round (miệng phun hình tròn); Rectangular (hình chữ nhật) Click đúp vào kiểu mặt cắt miệng phun Hộp thoại Gate Definite sẽ cập nhật và đưa ra các thông số của miệng phun để ta lựa

chọn.Sau đây là chi tiết các kiểu miệng phun

+ Direct Gates (Phun trực tiếp từ trên xuống)

+ Side Gates (Phun cạnh): Với các kiểu mặt cắt như sau:

Mặt cắt miệng phun tròn SideRound Mặt cắt miệng phun hình chữ nhật

+ Submarine Type (Miệng phun đường ngầm)

CylindricalSection (Mặt cắt hình trụ) ConicSection (Mặt cắt Conic, ellipse)

Mặt cắt tròn SubRound + Sau khi chọn và nhập các thông số kích thước cho miệng phun Click nút OK để tạo miệng phun và đóng hộp thoại Miệng phun sẽ được tạo trên cây phả hệ với đối

tượng GateBody và trên màn hình đồ hoạ hiển thị một hình chữ nhật màu vàng

tại vị trí đặt miệng phun

+ Để điều chỉnh, chỉnh sửa miệng phun ta chọn Gate1.1 trên cây phả hệ Specification Tree, sau đó chọn Gate Edition từ menu ngữ cảnh hiện ra.Hộp thoại

hiện ra và bây giờ có thể điều chỉnh được nó

+ Xoá một miệng phun đã tạo Ta Click đúp vào đối tượng MoldedPart trên cây phả hệ để chuyển nó là đối tượng làm việc hiện thời Chọn GateBody trên cây phả

hệ Specification Tree và Right Click vào nó, trong Menu ngữ cảnh hiện ra chọn

Delete để xoá bỏ miệng phun vừa tạo

- Tạo kênh nhựa RUNNERS:

+ Click đúp vào MoldedPart trên cây phả hệ

Specification Tree để chuyển nó làm đối tượng làm

việc hiện thời Vào Insert > Geometrycal Set… trên

menu của CATIA và nhập tên Name PartingBody vào

hộp thoại tạo đối tượng mới trên cây phả hệ hiện ra

Click OK để tạo

+ Tạo đường dẫn cho kênh trong Sketcher, bắt đầu

từ, hoặc cuối cùng tại một điểm chiếu của điểm miệng

phun lên Sketcher Sketcher phải trong một mặt phẳng

Plane song song với mặt phẳng OXY của

MoldPart.Vẫn ở trong đối tượng hiện thời

MoldedPart Click Sketcher và chọn mặt phân

khuôn Môi trường Sketcher được kích hoạt Click nút

Projects 3D Elment trên thanh công cụ và chọn ô

vuông màu vàng (miệng phun - Gates) để chiếu nó lên mặt phẳng Sketch Sau khi

có được điểm chiếu.Dùng các lệnh tạo Line; Circle; Spline… để tạo đường dẫn cho kênh nhựa

+ Click đúp vào MoldedPart (MoldedParrt.1) trên cây Specification Tree để chuyển về môi trường làm việc Mold Tooling Design Click vào nút Runner CreationICon Hộp thoại hiện ra

Hình 2_ 11: Tạo kênh nhựa RUNNERS

+ Stamp (Core/Cavity): Chọn phía sẽ tạo kênh nhựa ở phía tấm lõi hoặc tấm

lòng khuôn

+ Layout: Chọn đường dẫn kênh nhựa trên màn hình

+ Support: Chọn mặt phân khuôn

+ Type: Chọn kiểu mặt cắt kênh nhựa

+ R: Nhập thông số đường kính kênh nhựa

+ Click OK để tạo kênh nhựa Như hình sau:

+ Để xoá kênh nhựa.Vào các đối tượng sau trên cây phả hệ Specification Tree để

thao tác xoá.Nếu Runner được tạo trong Core Edit CorePlate Sử dụng Menu ngữ cảnh để xoá PartBody/Result ofMoldedPart_CoreRunnerBody.Sau đó Edit MoldedPart.Sử dụng công cụ Delete trong Menu ngữ cảnh CoreRunnerBody.Đặt BuildingBody hiện ra Show.Một phép chiếu Project của Sketch được tạo trên PartingSurface.Sử dụng Menu ngữ cảnh để xoá nó.Tương tự nếu Runner được tạo

trong Cavity.Nếu Runner được tạo ra trong cả Cavity và Core thì phải làm cả 2 bước như trên

2.2.2.6 Tạo kênh làm mát (COOLANT

CHANNELS):

+ Tạo kênh làm mát cho khuôn Có thể tạo

được kênh làm mát ở mọi nơi trong khuôn

Các điểm để tạo kênh làm mát là các điểm

đơn, thẳng đứng với đỉnh tại điểm cuối của

Lines, các điểm chiếu hoặc các điểm từ

Sketch Có thể làm theo 1 trong các cách sau:

Chọn 1 điểm sau các điểm khác

Chọn 1 đường line mà điểm xa nhất của nó sẽ được sử dụng

Chọn một Sketch

+ Nếu các đối tượng được sử dụng để tạo kênh làm mát (các điểm Points, Lines,…) được tạo với kiểu đối tượng tham khảo ngoài, kết nối các đối tượng tham khảo đó được bẻ gãy tại lúc tạo kênh làm mát để tránh mọi vấn đề có thể này sinh

+ Click đúp vào CoreCooling (trong CoreCooling1) trên cây phả hệ Specification Tree Điều này sẽ mở môi trường Part Design Click vào nút Point

ICon từ thanh công cụ Chọn 1 điểm từ Planes trên

CorePlate và CavityPlate của Mold Base Click

OK để tạo Point1 Tương tự tạo các điểm khác

+ Click đúp vào Product1 để trở lại môi trường

Mold Tooling Design Workbench Click nút

Coolant Channels Creation ICon Chọn 2

điểm vừa tạo bởi vì chúng sẽ là các điểm cuối của

kênh làm mát.Hộp thoại hiện ra và hiển thị kênh làm mát trên màn hình đồ hoạ

+ Có thể điều chỉnh mọi thông số kích thước của kênh làm mát và mọi sự điều chỉnh sẽ được tác động hiển thị ngay lập tức trên màn hình đồ hoạ Click OK để tạo

kênh làm mát Đảo chiều Reverse của điểm đầu tiên và điểm cuối cùng (đầu tiên trở

thành cuối cùng và cuối cùng trở thành đầu tiên) khi cả 2 điểm thuộc về tấm để định

nghĩa CoreCoolinghoặc CavityCooling Nếu 1 trong các điểm không thuộc về một trong các tấm đó, giải pháp bổ xung được đưa ra khi Click vào công cụ Reverse

Minh hoạ như hình dưới đây:

Trước Reverse

Sau khi Reverse

+ Có thể vẽ trực tiếp kênh làm mát bằng các lệnh Line trong Sketch sau đó chọn chúng để tạo kênh làm mát

2.2.2.7 Tạo lõi khuôn và lòng khuôn

- Split một Cavity Plate hoặc một

Core Plate bằng Surface để tạo lòng

khuôn và lõi khuôn Bạc cuống phun và

các chi tiết khác cũng có thể đƣợc split

Một mặt Surface Splitting có thể là Core,

Cavity hoặc mọi bề mặt khác Khi

Splitting một chi tiết, tất cả Body chứa

đựng trong chi tiết sẽ đƣợc Splitting

- Chọn CorePlate trong cây phả hệ

Specification Tree và sử dụng hàm Split

trong Menu ngữ cảnh

- Hộp thoại Split sẽ xuất hiện, ta chọn

CoreSurface cho Splitting Element Click OK

để tạo lõi khuôn

- Kết quả như sau:

- Làm tương tự như vậy với tấm CavityPlate; Slider…

2.2.2.8 Mô phỏng chuyển động của khuôn

- Sau khi hoàn chỉnh một bộ khuôn Ta sẽ mô phỏng chuyển động của bộ khuôn để kiểm tra sự đóng mở khuôn cũng như sự đẩy sản phẩm của khuôn đã đúng như mong muốn

- Chọn Edit từ Menu sau đó chọn Links Item.Hộp thoại hiện ra, chọn Mold Product trong Panel Click đúp để mở nó

Tấm khuôn

Bề mặt CoreSurface

Hình 2_ 13: Tạo lõi và long khuôn

- Chuyển sang Module DMU Kinematics bằng cách vào:

Start> Digital Mockup > DMU Kinematics

- Pick vào nút Assembly

Constraints Conversion .Một

hộp thoại hiện ra

- Click nút New Mechanism, sau đó Click nút Auto Create để tự động tạo ràng

buộc chuyển động tương đối

- Click đúp vào một Joint trong đối tượng

Restraint Chọn kiểm Driven Length trong

Panel Lặp lại quá trình này với Joint thứ 2, 3,

4… Click OK

- Một thông báo về việc sẵn sàng mô phỏng hiển

thị:

- Click nút SimulationICon , và chọn Mechanism mới được tạo Một

hộp thoại hiện ra và ta Click vào nút Play > để xem chuyển động của khuôn được

mô phỏng

Hình 2_ 14: Mô phỏng chuyển động khuôn

2.2.3 Machining module : Các Module gia công CNC

Gồm các Module tạo và điều khiển chu trình gia công phay, khoan CNC 2

trục (CNC 2 Axis) và 3, 4, 5 trục (CNC 3, 4, 5 Axis) Trong phiên bản CATIA V5R14, có các Module phục vụ cho mục đích tạo các chu trình gia công bao gồm:

- Module Lathe Machining: Tạo các chu trình gia công tiện CNC

- Module Prismatic Machining: Tạo các chu trình gia công phay, khoan 2 trục

- Module Surface Machining: Tạo các chu trình gia công phay, khoan bề mặt Surface từ đơn giản đến phức tạp 3 trục

- Module Advanced Machining: Tạo chu trình gia công nhiều trục

- NC Manufacturing Review: Mô phỏng, kiểm lại những chu trình gia công

- STL Rapid Prototyping: Module trợ giúp tạo mẫu nhanh

Các Module Machining này có nhiệm vụ nhập vào môi trường của nó các chi tiết và phôi cần gia công, sau đó tạo các chu trình phay, khoan, tiện CNC từ 2đến 3, 4, 5 trục Tiếp theo là mô phỏng kiểm tra sau đó xuất mã chương trình NC (POST-PROCESSOR) phù hợp với hệ điều hành của từng máy CNC

Tại phần V, em chỉ xin đưa ra việc khai thác sử dụng một số hàm gia công thường dùng trong các Module của phần mềm CATIA

2.2.3.1 Vào Module Gia Công Và Các Thiết Lập Ban Đầu:

 Vào môi trường Module gia công

- Từ Menu của phần mềm, vào:

Start > Machining > … với "…" là các

Module gia công chứa các lệnh tạo chu

trình gia công cần thiết như tiện, phay,

khoan, khoét… Việc chuyển đổi qua lại

giữa các Module này rất dễ dàng bằng

cách Click chọn các Module

 Chọn loại máy CNC: Tiện, phay 3,4,5

trục Thiết lập hệ toạ độ gốc phôi Nhập

chi tiết, phôi

- Sau khi vào môi trường của các Module gia công Bên trái cửa sổ màn hình có cây phả hệ Specification Tree chứa các đối tượng kỹ thuật khi tạo chu trình gia công

- Click đúp vào Part Operation.1 trên cây phả hệ Một hộp thoại hiện ra:

1

1 2

1 2

- Click nút để chọn loại máy sẽ dùng để gia công Ví dụ máy phay CNC 3

trục Một hộp thoại hiện ra để chọn các loại máy và thiết lập các thông số

cho máy như trục chính Spindle; Dụng cụ cắt Tooling; Mã NC sử dụng cho máy

đó Numerical Control

- Click nút để thiết lập hệ toạ độ gia công sẽ được dùng là

hệ toạ độ gốc phôi cho khi sinh mã gia công Với Icon động , ta

chỉ cần chọn trục, gốc toạ độ trên Icon và chọn hướng (line) trên

màn hình đồ hoạ để thiết lập hệ toạ độ

- Click nút Một trình duyệt hiện ra và ta chọn chi tiết cần

gia công, sau đó nhập vào màn hình đồ hoạ

- Click nút Design Part để chọn hình dạng chi tiết ban đầu trên màn hình

đồ hoạ

- Chọn Select Stock và chọn phôi trên màn hình đồ hoạ cho quá trình gia công Phôi này có thể là một phôi thiết kế sẵn nhập vào cùng với chi tiết.Hoặc là phôi được tạo ngay trong môi trường Module gia công.Nếu không chọn cái này thì CATIA sẽ tự tạo phôi hình chữ nhật bao lấy chi tiết

- Chọn Fixture để chọn đồ gá (đòn kẹp, đồ gá gá đặt…) trên màn hình đồ hoạ phục vụ cho việc mô phỏng và tạo chu trình gia công

- Click OK để hoàn thành các công việc thiết lập ban đầu

- Stock: Tạo phôi trực tiếp từ Module

+ Tạo phôi thô chữ nhật Rough Stock : Yêu cầu phải có một chi tiết Part

để gia công trong Workbench Ví dụ có chi tiết như sau:

+ Click nút Create Rough Stock ICon Hộp thoại hiện ra Chọn chi tiết Part

Trên màn hình đồ hoạ xuất hiện hình màu đen thể hiện phôi.Từ các ô X, H, Z trên hộp thoại.Nhập các giá trị X, Y, Z Min; Max để điều chỉnh kích cỡ phôi