Ứng dụng phần mềm topsolid trong thiết kế và gia công khuôn ép nhựa

Với những ưu điểm đó, công nghệ CAD/CAM-CNC ngày càng được ứng dụng rộng rãi và chuyên sâu trong các ngành công nghiệp trọng điểm của một quốc gia như: chế tạo ô tô, máy bay, công nghiệp

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 3

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 10

PHẦN MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC 13

1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM-CNC 13

1.2 Nguyên lý của CAD/CAM-CNC 14

1.2.1 CAD (Computer Aided Design) 14

1.2.2 CAM (Computer Aided Manufacture) 15

1.2.3 CNC (Computerized Numerical Control) 17

1.3 Tích hợp CAD và CAM 17

1.4 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC ở Việt Nam 20

1.4.1 Ứng dụng CAD/CAM trong chế tạo khuôn mẫu 20

1.4.2 Ứng dụng CAD/CAM-CNC trong thiết kế ngược 21

1.5 Kết luận 23

CHƯƠNG II CHẤT DẺO VÀ KHUÔN GIA CÔNG CHẤT DẺO 24

2.1 Tổng quan về chất dẻo 24

2.1.1 Khái niệm về chất dẻo 24

2.1.2 Đặc tính chung của Polymer 24

2.1.3 Phân loại Polymer 25

2.1.4 Các loại chất dẻo dùng trong máy ép đúc 25

2.1.5 Những ứng dụng của chi tiết nhựa nhiệt dẻo 28

2.2 Khuôn ép nhựa 30

2.2.1 Khái quát về khuôn 30

2.2.2 Cấu tạo chung của khuôn 31

2.2.3 Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép nhựa 32

2.2.4 Các loại khuôn phổ biến 32

2.2.5 Các hệ thống của khuôn 36

2.2.6 Trình tự thiết kế và bảo quản khuôn 54

2.2.7 Vật liệu làm khuôn 55

2.2.8 Các chi tiết tiêu chuẩn của khuôn 60

2.3 Kết luận 60

CHƯƠNG III ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOPSOLID TRONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP NHỰA 61

3.1 Tổng quan về phần mềm TopSolid 61

3.2 Thiết kế sản phẩm trên TopSolid'Design 64

3.2.1 Thiết kế mô hình 3D (Part design) 64

3.2.2 Thiết kế 2D và tạo bản vẽ kỹ thuật (Draft) 65

3.2.3 Lắp ghép các chi tiết (Assembly) 66

3.2.4 Thiết kế Surface 66

3.2.5 Chuyển đổi thiết kế từ 2D sang 3D 67

3.2.6 Thư viện chi tiết khổng lồ 67

3.2.7 Mô phỏng động lực học (Kinematics) 67

3.2.8 Mô phỏng động lực học (Dynamic) 67

3.3 Thiết kế khuôn với TopSolid'Mold 68

3.4 Lập trình gia công trên TopSolid'Cam 70

3.5 Ứng dụng phần mềm TopSolid trong thiết kế và chế tạo khuôn ép nhựa cho sản phẩm kéo cắt giấy 74

3.5.1 Thiết kế sản phẩm 74

3.5.2 Phân tích và thiết kế khuôn cho sản phẩm 75

3.5.3 Lập trình gia công lòng và lõi khuôn 81

3.6 Kết luận 94

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đề tài: “Ứng dụng phần mềm TopSolid trong thiết kế và gia công khuôn ép nhựa” là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tác giả,

được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Tăng Huy Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trừ các phần tham khảo

đã được nêu rõ trong luận văn

Tác giả

Lê Diên Hùng

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Tăng Huy, người hướng dẫn và giúp đỡ để tác giả có thể hoàn thành tốt luận văn này Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học, cũng như kinh nghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt được những thành tựu và kinh nghiệm quý báu

Tác giả cũng bày tỏ lòng biết ơn tới Ban lãnh đạo và Khoa Sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành bản luận văn này

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy (Cô) giáo và các bạn đồng nghiệp

Tác giả

Lê Diên Hùng

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

NC (Number Contral) - Điều khiển số

CNC (Computer Numerical Control) - Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính CAD (Computer Aided Design) - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính

CAM (Computer Aided Manufacturing) - Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính CAE (Computer Aided Enginering) - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính CIM (Computer Intergrated Manufacturing) - Hệ thống sản xuất tích hợp

CAPP - Computer Aided Process Planning

IGES - Initial Graphic Exchange speciílcation

SET - Standard Exchange transport

STEP - Standard for Exchange of Product Model Data

APT - Automatically Programmed Tools

MAP - Manufacturing Automation Protocol

TOP - Technical and Office Protocol

DNC - Direct Numerical Control

PPC - Production Planning Control

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM 13

Hình 1.2 Các giai đoạn chính của quá trình thiết kế 15

Hình 1.3 Các lĩnh vực ứng dụng trong hệ CAM 16

Hình 1.4 Mô hình công cụ CAD/CAM 17

Hình 1.5 Mối quan hệ CAD/CAM và tự động hóa sản xuất 18

Hình 1.6 Các công việc và chức năng của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất 19

Hình 1.7 Ứng dụng RE trong ngành công nghiệp ô tô 22

Hình 1.8 Dùng máy scan 3D để lấy mẫu khuôn ép nhựa 23

Hình 2.1 Kết cấu của một bộ khuôn hai tấm ép sản phẩm nhựa 31

Hình 2.2 Kết cấu khuôn hai tấm 33

Hình 2.3 Kết cấu khuôn ba tấm 34

Hình 2.4 Khuôn nhiều tầng 34

Hình 2.5 Kết cấu cơ bản của khuôn cho sản phẩm nhiều màu 35

Hình 2.6 Sản phẩm của khuôn nhiều màu 36

Hình 2.7 Cấu tạo chung của hệ thống đẩy 36

Hình 2.8 Một số loại chốt đẩy 37

Hình 2.9 Hệ thống dùng lưỡi đẩy 38

Hình 2.10 Hệ thống dùng ống đẩy 38

Hình 2.11 Ống đẩy 38

Hình 2.12 Hệ thống đẩy dùng tấm tháo 39

Hình 2.13 Hệ thống cấp nhựa 39

Hình 2.14 Bạc cuống phun dùng bốn bu lông 40

Hình 2.15 Lắp ghép giữa bạc cuống phun và vòng định vị 40

Hình 2.16 Kích thước hợp lý của cuống phun 41

Hình 2.17 Kênh dẫn nhựa 42

Hình 2.18 Một số tiết diện kênh dẫn nhựa 42

Hình 2.19 Miệng phun trực tiếp 43

Hình 2.20 Miệng phun cạnh 44

Hình 2.21 Miệng phun kiểu then 44

Hình 2.22 Thành phần hệ thống làm nguội 45

Hình 2.23 Hệ thống dẫn hướng và định vị 47

Hình 2.24 Chốt dẫn hướng có vai 48

Hình 2.25 Bạc dẫn hướng 48

Hình 2.26 Cơ cấu định vị mặt côn 49

Hình 2.27 Mặt vát đơn định vị chính xác 49

Hình 2.28 Mặt vát đôi định vị chính xác 49

Hình 2.29 Hình dạng sản phẩm có undercut 51

Hình 2.30 Một số undercut điển hình 51

Hình 2.31 Nguyên lý tháo undercut 52

Hình 2.32 Tháo undercut mặt ngoài sử dụng lõi trượt 52

Hình 2.33 Tháo undercut mặt trong sử dụng chốt đẩy xiên 53

Hình 2.34 Các thành phần cơ bản của một hệ thống chốt đẩy xiên 54

Hình 2.35 Khuôn làm bằng thép NAK 80 58

Hình 3.1 Thiết kế các chi tiết bằng TopSolid'Design 64

Hình 3.2 Mô hình chuyển từ bản vẽ thiết kế sang bản vẽ kỹ thuật 65

Hình 3.3 Mô hình chuyển đổi từ bản vẽ lắp ghép sang bản vẽ kỹ thuật 65

Hình 3.4 Lắp ráp các chi tiết trong TopSolid 66

Hình 3.5 Thiết kế mô hình surface 66

Hình 3.6 Mô phỏng động lực học 67

Hình 3.7 Modul TopSolid'Mold- thiết kế khuôn ép nhựa 68

Hình 3.8 Thư viện khuôn mẫu tiêu chuẩn trong Topsolid 68

Hình 3.9 Hệ thống làm mát được thiết kế trong Topsolid 69

Hình 3.10 Lòng, lõi khuôn được chuyển sang Topsolid’Cam để gia công 69

Hình 3.11 Phân tích dòng chảy với Mold Flow 70

Hình 3.12 Lập trình gia công với TopSolid'Cam 70

Hình 3.13 Thư viện máy 71

Hình 3.14 Thư viện dao 71

Hình 3.15 Mô phỏng phay 2D 72

Hình 3.16 Mô phỏng phay contuor 3D 72

Hình 3.17 Phay mặt trên máy 4 trục 72

Hình 3.18 Chuyển đổi gia công từ 3 trục sang 5 trục 73

Hình 3.19 Mô phỏng gia công trên máy phay tiện phức hợp 73

Hình 3.20 Thực hiện nguyên công khoan, tiện trong TopSolid 74

Hình 3.21 Tiện nhiều đầu dao 74

Hình 3.22 Hình ảnh thân kéo được thiết kế 75

Hình 3.23 Đường phần khuôn được tạo ra 75

Hình 3.24 Mặt phân khuôn 76

Hình 3.25 Khuôn trên 76

Hình 3.26 Khuôn dưới 76

Hình 3.27 Nhân ra nhiều lòng khuôn 76

Hình 3.28 Chọn khuôn tiêu chuẩn 77

Hình 3.29 Khuôn tiêu chuẩn được tạo 78

Hình 3.30 Tạo rãnh dẫn nhựa 78

Hình 3.31 Thiết kế hệ thống chốt đẩy sản phẩm 79

Hình 3.32 Chọn hệ thống cổng phun cho sản phẩm 79

Hình 3.33 Hệ thống làm mát 80

Hình 3.34 Hệ thống chốt đỡ 80

Hình 3.35 Hệ thống chốt hồi 81

Hình 3.36 Hệ thống khuôn hoàn chỉnh 81

Hình 3.37 Chọn máy pháy phay CNC kí hiệu HAAS-VMC VFA4 SS 82

Hình 3.38 Gọi chi tiết vào môi trường gia công 83

Hình 3.39 Tạo phôi cho chi tiết gia công 83

Hình 3.40 Nhận dạng chi tiết gia công và phôi 84

Hình 3.41 Mô phỏng phay mặt phẳng 87

Hình 3.42 Mô phỏng phay hốc phía trên 89

Hình 3.43 Mô phỏng phay thô lòng khuôn 90

Hình 3.44 Mô phỏng phay tinh lòng khuôn 92

Hình 3.45 Xuất mã NC sang máy phay CNC 93

Hình 3.46 Học viên Lê Diên Hùng đang vận hành gia công sản phẩm 93

Hình 3.47 Sản phẩm sau khi hoàn thiện 94

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Ký hiệu vật liệu 57

Bảng 2.2 Thông số thép 1055 57

Bảng 2.3 Thông số thép 2083 58

Bảng 2.4 Thông số thép NAK 80 58

Bảng 2.5 Thành phần nhôm 6061 59

Bảng 2.6 Thành phần nhôm 7005 60

PHẦN MỞ ĐẦU

Công nghệ CAD/CAM-CNC đã và đang đi sâu vào trong các lĩnh vực sản xuất

cơ khí, chế tạo máy như một yêu cầu tất yếu của nền sản xuất hiện đại nhằm mục đích nâng cao năng xuất lao động, giảm giá thành và tạo ra các sản phẩm đạt chất lượng cao Với những ưu điểm đó, công nghệ CAD/CAM-CNC ngày càng được ứng dụng rộng rãi và chuyên sâu trong các ngành công nghiệp trọng điểm của một quốc gia như: chế tạo ô tô, máy bay, công nghiệp đóng tầu, chế tạo khuôn mẫu, thiết

kế các sản phẩm dân dụng v v

Trong một hệ CAD/CAM, các phần mềm CAD/CAM-CNC là một yếu tố cấu thành hết sức quan trọng giữ vai trò quyết định tới chất lượng cũng như thành công khi ứng dụng hệ CAD/CAM trong quá trình sản xuất Cùng với tiến trình phát triển mạnh mẽ của công nghệ CAD/CAM, các phần mềm CAD/CAM cũng ngày càng được cập nhật, bổ xung và hoàn thiện nhằm đáp ứng thực tiễn sản xuất Có thể kể đến một loạt các hệ phần mềm nổi tiếng, mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trên thị trường hiện nay như: Catia, Unigraphic, Pro Engineer, TopSolid, Cimatron… TopSolid là một trong những phần mềm CAD/CAM nổi tiếng nhất hiện nay của hãng Missler, Pháp TopSolid cung cấp giải pháp tổng thể CAD/CAM/CNC tạo khả năng liên kết linh hoạt giữa các khâu trong quá trình sản xuất từ thiết kế CAD mô phỏng gia công CAM do đó TopSolid được các tập đoàn lớn trên thế giới sử dụng Tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC cùng các phần mềm CAD/CAM trong sản xuất ngày càng phát triển rộng rãi và được coi như chìa khoá

để nền sản xuất cơ khí nói chung cũng như công nghệ chế tạo máy nói riêng đón đầu và tiếp cận với trình độ sản xuất tiên tiến trên thế giới

Là một học viên cao học ngành Chế tạo máy niên khoá 2013 – 2015 trường Đại

học Bách khoa Hà Nội Tác giả lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ “Ứng dụng phần mềm TopSolid trong thiết kế và gia công khuôn ép nhựa” nhằm mục đích tiếp

cận, tìm hiểu cũng như ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC trong gia công chế tạo các chi tiết khuôn mẫu thông qua phần mềm TopSolid Từ đây cung cấp một

nhìn khái quát nhưng cũng chi tiết và cụ thể về công nghệ CAD/CAM Luận văn được chia thành 3 chương cụ thể như sau:

Chương I Tổng quan về công nghệ CAD/CAM-CNC

Chương II Chất dẻo và khuôn gia công chất dẻo

Chương III Ứng dụng phần mềm Topsolid trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu

* Mục đích nghiên cứu: Phần đầu của đề tài là các nghiên cứu lý thuyết về

CAD/CAM-CNC nhằm đưa ra các vấn đề mang tính lý luận, là cơ sở để nghiên cứu, ứng dụng trong thực tế sản xuất Nội dung tiếp theo là các vấn đề liên quan tới chất dẻo cũng như đặc điểm, cấu tạo của khuôn ép các sản phẩm chất dẻo Phần nghiên cứu ứng dụng đi sâu vào việc thiết kế cũng như gia công khuôn ép cho các sản phẩm nhựa trên phần mềm TopSolid Từ đó góp phần vào việc nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng phần mềm Topsolid trong các Công ty cơ khí nói chung và đối với Trường Cao đẳng Cơ khí Luyện kim nói riêng

* Đối tượng nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu việc thiết kế và lập trình

gia công khuôn ép nhựa trên phần mềm TopSolid, tích hợp việc gia công khuôn đó trên máy CNC

* Ý nghĩa của đề tài

- Tiếp cận việc nghiên cứu CAD/CAM-CNC bằng một công cụ mới nhưng mạnh

mẽ và hiệu quả cao

- Nâng cao hiệu quả khai thác công nghệ CAD/CAM-CNC mà cụ thể là phần mềm TopSolid tại đơn vị công tác (Trường Cao đẳng Cơ khí Luyện kim), cùng với

đó là đưa phần mềm TopSolid vào sử dụng nhiều ở các doanh nghiệp tại Việt Nam

* Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ chất dẻo, công nghệ ép phun, các bộ phận cơ bản của khuôn nhựa, tiếp cận phần mềm TopSolid

- Sử dụng các công cụ thiết kế khuôn của TopSolid’ Mold để thiết kế một bộ khuôn ép nhựa, sau đó lập trình gia công tấm lòng, lõi khuôn trên TopSolid’ Cam

- Gia công hoàn thiện tấm lòng và lõi khuôn trên máy phay CNC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC

1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CAD/CAM-CNC

Những năm cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đã trở thành một lĩnh vực đột phá trong thiết kế, chế tạo và sản xuất sản phẩm công nghiệp CAD (Computer Aided Design) là thiết kế trợ giúp bằng máy tính, CAM (Computer Aided Manufacture) là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính Hai lĩnh vực này ghép nối với nhau đã trở thành một loại hình công nghệ cao, một lĩnh vực khoa học tổng hợp của sự liên ngành Cơ khí - Tin học - Điện tử - Tự động hóa Cùng với sự phát triển của khoa học máy tính, CAD/CAM đã được nhận thức và chấp nhận nhanh chóng trong công nghiệp (công nghiệp dệt - may, công nghiệp nhựa, công nghiệp cơ khí chế tạo ) vì nó là hạt nhân chính để sáng tạo và sản xuất sản phẩm, để tăng năng xuất lao động, giảm cường độ lao động và tự động hóa quá trình sản xuất, nâng cao

độ chính xác của chi tiết và đạt hiệu quả kinh tế cao

Lúc đầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt nhau, độc lập với nhau trong khoảng 30 năm Hiện nay chúng được tích hợp thành một hệ thống, trong đó quá trình thiết kế có thể lựa chọn được phương án tối ưu và quá trình sản xuất có thể được giám sát và điều khiển từ khâu đầu đến khâu cuối Phần mềm CAD đầu tiên là SKETCHPAD xuất hiện vào năm 1962 được viết bởi Ivan Sutherland thuộc trường kỹ thuật Massachusetts (MIT – Massachusetts Institute of Technology)

Hình 1.1 Sơ đồ lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM [13]

Hiện nay trên thế giới đã có hàng ngàn phần mềm CAD và một trong những phần mềm thiết kế nổi tiếng nhất là AutoCAD AutoCAD phiên bản đầu tiên (Release 1) được công bố tháng 12 - 1982 Cho đến năm 1997 thì đã có phiên bản thứ 14

(Release 14) Từ năm 2000 đến nay, gần như mỗi năm đều có ra đời phiên bản mới

Cũng như hệ CAD, hệ CAM được phát triển ứng dụng đầu tiên tại MIT cho các máy gia công điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) bằng máy vi tính vào đầu những năm 70

Hệ tích hợp CAD/CAM ra đời vào giữa những năm 70 và 80 của thế kỷ trước

1.2 Nguyên lý của CAD/CAM-CNC

1.2.1 CAD (Computer Aided Design) - Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

Để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh cần thực hiện hai công đoạn chính là: thiết kế và chế tạo Ở công đoạn thiết kế trên cơ sở thu thập thông tin, xử lý dữ liệu

và kết hợp với khả năng sáng tạo người thiết kế phân tích toàn bộ tập hợp các phương án và chọn ra một phương án thiết kế tối ưu Đối với sản phẩm có cấu trúc phức tạp, đòi hỏi những chỉ tiêu cao về thông số kỹ thuật cũng như kinh tế, để đạt được giải pháp tối ưu, trong nhiều trường hợp công việc thiết kế và chế tạo không thể thực hiện một cách hoàn chỉnh bởi những phương pháp và công cụ thông thường Thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính điện tử - CAD là sự ứng dụng có hiệu quả các phương tiện công nghệ của kỹ thuật tin học, điện tử để giải quyết các công việc liên quan tới công việc thiết kế Quá trình thiết kế nói chung bao gồm việc xác định và mô tả các giải pháp kỹ thuật cụ thể thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật, chỉ tiêu kinh tế và có thể phân chia làm 6 giai đoạn chính (Hình 1.2)

Việc sử dụng công cụ tin học và điện tử trong công việc thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử (CAD) có thể chia thành bốn công đoạn chính bao gồm:

- Mô hình hóa hình học

- Tính toán kỹ thuật

- Thiết kế tối ưu

- Lập tài liệu kỹ thuật tự động từ mô hình đã được thiết kế

Hình 1.2 Các giai đoạn chính của quá trình thiết kế [8]

1.2.2 CAM (Computer Aided Manufacture) - Sản xuất (gia công) với sự trợ giúp của máy tính

Thực hiện quy trình sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử là sử dụng máy tính để lập kế hoạch sản xuất và điều khiển sản xuất Sơ đồ các lĩnh vực ứng dụng trong hệ CAM có thể được biểu diễn theo sơ đồ trên hình 1.3

Lập kế hoạch sản xuất được thực hiện cho các công việc cụ thể sau đây:

- Tự động hóa thiết kế quy trình công nghệ, có nghĩa là hình thành các trình tự nguyên công để gia công chi tiết cụ thể Muốn thực hiện được công việc này, ngoài các dữ liệu về hình học (bên CAD cung cấp), còn cần các dữ liệu về công nghệ như: thông số kỹ thuật của máy, thông số về dao cắt, thông số về gá lắp, thông số chế độ cắt và tiêu chuẩn hoá các nguyên công

- Tự động lập chương trình gia công cho máy điều khiển theo chương trình số Ngôn ngữ lập trình của CAM là APT (Automatically Programed Tool) Với APT người lập trình có thể xác định dung sai, quỹ đạo chuyển động của dụng cụ

Hình 1.3 Các lĩnh vực ứng dụng trong hệ CAM [8]

Hệ CAM được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam là MILL-CAM, LATHE-CAM

- Tự động hóa lập các định mức kỹ thuật để thực hiện từng nguyên công công nghệ

- Tự động lên kế hoạch nhu cầu về cơ sở vật chất, mua bán thành phẩm và nguyên vật liệu

- Tự động lập kế hoạch sản xuất có xét tới yêu cầu và điều kiện cụ thể Việc điều khiển quá trình sản xuất được thực hiện dưới mặt bằng phân xưởng của xí nghiệp hay nhà máy Bao gồm các công việc điều khiển tự động các trang thiết bị như máy công cụ, dây chuyền sản xuất, rôbốt vận chuyển, rôbốt cấp phôi, lấy chi tiết…; điều khiển, giám sát hoạt động của xưởng như: chất lượng sản phẩm, cung cấp vật tư, lưu kho… Trong tất cả những công việc áp dụng của máy tính điện tử trên đây đòi hỏi có sự tham gia của con người hoặc để nhập dữ liệu đảm bảo cho chương trình làm việc hoặc để giám sát các kết quả thực hiện

1.2.3 CNC (Computerized Numerical Control) - Điều khiển số bằng máy tính

CNC là khái niệm để chỉ một trong các chức năng của máy công cụ điều khiển số thông qua các thông tin được lập trình trong các chương trình NC Quá trình điều khiển này có thể thực hiện các chuyển động với đối tượng là dụng cụ cắt hoặc phôi thông qua việc nhập các thông số như lượng chạy dao, tốc độ trục chính, chiều sâu cắt và các yếu tố như bật, tắt dung dịch trơn nguội, chiều quay trục chính

Điều khiển số với sự hỗ trợ của máy tính được áp dụng rộng rãi trên các máy công cụ như máy tiện, máy phay, máy mài hoặc các trung tâm gia công

1.3 Tích hợp CAD và CAM

Tổ hợp CAD/CAM là một hệ thống mà ở đó mối liên kết giữa thiết kế và chế tạo được hoàn thiện dựa trên cơ sở sử dụng thông tin và dữ liệu của quá trình CAD trực tiếp trong thủ tục CAM Như vậy tránh được sự hình thành một cách độc lập các dữ liệu cho chương trình của máy tính trong lĩnh vực sản xuất

Hình 1.4 Mô hình công cụ CAD/CAM

Hệ CAD/CAM kỹ thuật đã được ứng dụng cho cơ khí từ một vài năm trước trong một số lĩnh vực trong công nghiệp hàng không Hệ tích hợp CAD/CAM đã có ở Việt Nam là Cimatron, MasterCam, ProEngineer, Delcam, TopSolid, Visi

Mối quan hệ CAD/CAM và tự động hóa sản xuất thể hiện trên hình 1.5 là phần giao giữa 5 phần:

Hình 1.5 Mối quan hệ CAD/CAM và tự động hóa sản xuất

Trong đó:

- Mạng làm việc là các hệ thống tổ chức sản xuất, hệ thống cung cấp vật liệu và những công việc thực hiện trên sàn máy, xí nghiệp

- Công cụ sản xuất như máy CNC, Robot công nghiệp

- Công cụ thiết kế như máy tính, máy vẽ và các phần mềm ứng dụng

- Mô hình hình học là những thực thể hình học cơ sở, được sử dụng trên bản vẽ

kỹ thuật hay trên màn hình máy tính

Để đánh giá được tầm quan trọng của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất chúng ta nên phân tích các phạm vi hoạt động khác nhau và chức năng tương ứng để thực hiện việc nghiên cứu và chế tạo sản phẩm Các thể loại công việc và chức năng của chúng trong chu kỳ sản xuất được thể hiện trên hình 1- 6

Chu kỳ này hoạt động theo nhu cầu của khách hàng và thị trường tiêu thụ Chu

kỳ sản xuất có thể thay đổi tuỳ theo yêu cầu của khách hàng

Xuất phát từ ý đồ tạo ra sản phẩm mới người ta thiết kế, hoàn tất chúng bằng bản

vẽ Trên cơ sở các bản vẽ chi tiết phải lập quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm và lập kế hoạch sản xuất Để chế tạo sản phẩm phải lập nhu cầu về trang thiết bị công nghệ và các dụng cụ cần thiết Kế hoạch sản xuất phải chỉ rõ thời gian và sản lượng xuất xưởng trong thời gian đã định Tiếp theo là công đoạn đưa vào sản xuất, chế tạo xong phải tiến hành kiểm tra và thử nghiệm sản phẩm, cuối cùng là bàn giao cho khách hàng

Hình 1.6 Các công việc và chức năng của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất [8]

Giai đoạn chuẩn bị công nghệ, nghĩa là thiết kế quy trình công nghệ và lập biểu

đồ sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử Ngoài ra máy tính điện tử còn có thể áp dụng điều khiển quá trình chế tạo chi tiết dùng tay máy, các máy điều khiển theo chương trình số (CNC) Công đoạn cuối cùng là kiểm tra và thử nghiệm cũng

có thể tự động hóa nhờ máy tính điện tử Qua đây ta thấy hệ thống CAD/CAM đóng vai trò quan trọng trong nền sản xuất hiện đại trong tương lai và đặc biệt là các lĩnh vực chuyên môn hóa cao, chẳng hạn như việc thiết kế và chế tạo các bản mạch in thì kiểu liên kết này được sử dụng ngày càng mạnh Từ hình 1.6 rõ ràng CAD/CAM bao trên hầu hết các dạng hoạt động và chức năng của chu kỳ sản xuất Trong công đoạn thiết kế và chế tạo ở các nhà máy hiện đại, kỹ thuật tính toán phải phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu được

1.4 Tình hình ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC ở Việt Nam

Trong thời kỳ mở cửa, hội nhập với thế giới bên ngoài, kinh tế Việt Nam có nhiều khởi sắc, các kỹ thuật sản xuất tiên tiến của nước ngoài cũng vì thế mà được thâm nhập, tiếp thu Ngành cơ khí nói chung và ngành khuôn mẫu nói riêng cũng không phải là ngoại lệ

Năm 1997 là năm mà các phần mềm CAD/CAM bắt đầu du nhập vào Việt Nam,

có thể kể đến là phần mềm Cimatron, cho đến nay thị trường CAD/CAM tại Việt Nam phát triển rất đa dạng như Pro/Engineer, MasterCAM, Catia, NX, TopSolid, SolidCAM Tuy vậy chỉ có rất ít các cơ sở sản xuất có đủ nguồn lực tài chính để mua bản quyền các phần mềm này, phần lớn trong đó là các phần mềm được bẻ khóa hoặc dùng thử Rõ ràng tính năng của phần mềm bẻ khóa hay dùng thử miễn phí là hạn chế và chúng chỉ giải quyết một lớp nhỏ các bài toán thực tế và chỉ mang tính giới thiệu Bên cạnh đó nguồn nhân lực sử dụng CAD/CAM được đào tạo bài bản cũng không nhiều dẫn đến hạn chế trong khai thác các tính năng của chúng Các máy CNC sử dụng trong các xí nghiệp đa phần là các máy đã qua sử dụng từ các nước phát triển như Nhật Bản, Đài loan dẫn đến sự lạc hậu về công nghệ, sai

số lớn trong gia công, chất lượng kém, dễ hư hỏng Các máy CNC của các trường Đại học, Viện nghiên cứu phần đa được mua từ nguồn ngân sách, nhiều máy CNC mới nhưng không được sử dụng do nguồn nhân lực không được đào tạo dẫn đến sự lãng phí lớn

Mặc dù còn nhiều vấn đề khó khăn kể trên nhưng hiện nay phong trào ứng dụng

kỹ thuật CAD/CAM vào trong sản xuất được phát triển mạnh mẽ Các Viện nghiên cứu, các Trường Đại học, các cơ sở sản xuất đã mạnh dạn đầu tư các công cụ thiết

kế, tính toán nhằm tăng năng suất, chất lượng sản phẩm nâng khả năng cạnh tranh của hàng nội địa cũng như đáp ứng nhu cầu ngày một cao của xã hội

1.4.1 Ứng dụng CAD/CAM trong chế tạo khuôn mẫu

Do sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam trong những năm gần đây mà yêu cầu về việc tạo ra các sản phẩm nhựa đáp ứng được yêu cầu của xã hội là một nhu cầu cấp thiết Việc ứng dụng các phần mềm CAD/CAM để

thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn và gia công tạo hình vì lẽ đó mà phát triển rộng rãi Các doanh nghiệp đa phần đều sử dụng các công cụ CAD/CAM trong việc hỗ trợ quá trình sản xuất, phổ biến nhất có thể kể đến là ProEngineer, MasterCAM, Solidworks… Lĩnh vực ứng dụng không chỉ ở thiết kế khuôn nhựa, mà còn ứng dụng trong thiết kế khuôn đột dập, thiết kế vỏ tàu thủy, các tính toán, phân tích động học, ứng suất, ngoài ra còn ứng dụng trong gia công đồ mỹ nghệ, đồ gỗ

Trong thiết kế khuôn mẫu, việc ứng dụng CAD/CAM để sản xuất đồ tiêu dùng ở nước ta là phổ biến hơn cả do về yêu cầu kỹ thuật không cao của các loại mặt hàng này, cũng như những lý do lạc hậu về công nghệ, thiết bị như đã nói ở trên

1.4.2 Ứng dụng CAD/CAM-CNC trong thiết kế ngược - Reverse Engineering

Công nghệ thiết kế ngược ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, đôi khi người

ta cần chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc không) có mô hình CAD tương ứng như các chi tiết không rõ xuất xứ, những phù điêu, bộ phận cơ thể con người, động vật Để tạo được mẫu của những sản phẩm này, trước đây người ta phải đo đạc rồi vẽ phác lại hoặc dựng sáp, thạch cao để in mẫu Các phương pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là đối với những chi tiết phức tạp Ngày nay người ta đã sử dụng máy quét hình để số hóa hình dáng của chi tiết sau đó các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu số hóa cuối cùng sẽ tạo ra được mô hình CAD 3D cho chi tiết với độ chính xác cao Mô hình CAD này cũng có thể chỉnh sửa nếu cần

Trên phạm vi rộng công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa là hoạt động bao gồm các bước phân tích để lấy thông tin về sản phẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin

về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) sau đó tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản

phẩm mới, sử dụng CAD/RP/CNC (RP: Rapid Prototyping - công nghệ tạo mẫu

nhanh) để chế tạo sản phẩm Công nghệ thiết kế ngược đã được ứng dụng trong

nhiều lĩnh vực như hóa học, điện tử, xây dựng, cơ khí, y học, nghệ thuật

Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ thiết kế ngược đã được nghiên cứu, áp dụng trong nhiều lĩnh vực phát triển nhanh sản phẩm, đặc biệt

là trong lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ mô hình đã có sẵn nhờ sự trợ giúp của máy tính Kỹ thuật thiết kế ngược ngày càng phát triển theo sự phát tiển của các phần mềm CAD/CAM Nó luôn được quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng

để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất Reverse Engineering trở thành 1 bộ phận quan trọng của sản xuất hiện tại Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất thành công công nghệ này Có thể thấy Trung Quốc là một điển hình Nhiều sản phẩm như xe máy, ô tô, máy móc hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi đã được sản xuất dựa trên sự sao chép các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota

Hình 1.7 Ứng dụng RE trong ngành công nghiệp ô tô

Ở Việt Nam, trong những năm trở lại đây công nghệ thiết kế ngược cũng đã được

áp dụng vào sản xuất Tuy nhiên phần lớn chưa mang tính chuyên nghiệp Ví dụ như các công ty sản xuất, chế tạo khuôn cho các mặt hàng nhựa, cơ khí thường khi nhận đơn đặt hàng của các đối tác làm 1 bộ khuôn cho 1 mẫu sản phẩm cho trước thì đa số việc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện 1 cách thủ công, đo vẽ bằng tay Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần mềm thiết kế ngược vẫn chưa nhiều Chỉ có 1 số ít công ty có thể làm theo hợp đồng như các viện nghiên cứu của các trường đại học như trường Đại Học GTVT, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Đại Học Bách Khoa Hà Nội có máy quét 3D nhưng chủ yếu vẫn là phục vụ cho học tập và nghiên cứu

Hình 1.8 Dùng máy scan 3D để lấy mẫu khuôn ép nhựa

1.5 Kết luận

Công nghệ CAD/CAM-CNC là thành quả của việc kết hợp giữa công nghệ thông tin, cơ khí, điện tử là một thành tựu không nhỏ làm thay đổi cơ bản của nền sản xuất cơ khí Việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC trong sản xuất giúp giảm thiếu các chi phí chạy thử cũng như đưa quá trình sản xuất gần hơn với nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Sự thay đổi này rõ ràng đã mang lại những hiệu quả to lớn trong sản xuất, tiết kiệm đáng kể về thời gian cũng như sự linh hoạt trong sản xuất, ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC, đặc biệt là sử dụng các phần mềm thiết kế tích hợp sẽ mang lại những lợi ích to lớn không chỉ đối với cơ sở sản xuất

mà qua đó còn ảnh hưởng đến cả nền sản xuất của một khu vực Cùng với tốc độ phát triển không ngừng của ngành công nghiệp cơ khí cũng như những ngành khoa học khác thì việc cập nhật liên tục các tiến bộ về kỹ thuật là điều cấp thiết Điều này

có ý nghĩa vô cùng to lớn, đặc biệt hơn là trong thời kỳ mà nước ta đang có những bước phát triển trong giai đoạn tiếp cận nền sản xuất hiện đại

CHƯƠNG II CHẤT DẺO VÀ KHUÔN GIA CÔNG CHẤT DẺO

2.1.1.2 Thành phần

- Thành phần cơ bản: là 1 polyme nào đó Ví dụ: thành phần chính của êbônit là cao su, của xenluloit là xenlulozơ nitrat, của bakelit là phenolfomanđehit

- Chất hoá dẻo: để tăng tính dẻo, hạ nhiệt độ chảy và độ nhớt của polime

- Chất độn: để tiết kiệm nguyên liệu, tăng cường một số tính chất

Ví dụ: amiăng để tăng tính chịu nhiệt

- Chất phụ: chất tạo màu, chất chống oxi hoá, chất gây mùi thơm

2.1.1.3 Polymer

Polymer là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ rất nhiều nhóm có cấu tạo hoá học giống nhau lặp đi lặp lại và chúng nối với nhau bằng liên kết đồng hoá trị

Ví dụ: Polyetylen: nCH2 = CH2 (-CH2 - CH2-)n

Mắt xích cơ bản (-CH2 - CH2 -) là những phần lặp đi lặp lại trong mạch polyme

Độ lớn của mạch phân tử được xác định bằng phân tử lượng trung bình M hoặc

độ trùng hợp trung bình P

2.1.2 Đặc tính chung của Polymer

Polymer là loại vật liệu nhẹ ( = 0.8 ÷ 2.2 g/cm3), mềm dẻo (E nhỏ), có khả năng thấu quang tốt, dễ bị thẩm thấu bởi các chất khí, dẫn điện, dẫn nhiệt kém Bền với hóa chất, có khả năng tái sử dụng cao (tái sinh, chất đốt), có nhiệt độ gia công thấp (2500÷4000), có thể gia công bằng nhiều phương pháp (đùn, ép, đúc, phun, thổi…)

2.1.3 Phân loại Polymer

* Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ

- Nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm Tm thì nó chảy mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại Thường tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần, ví dụ như : polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS), poly butadien (PB), poly etylen terephtalat (PET),

- Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh Một số loại nhựa nhiệt rắn: ure focmadehyt [UF], nhựa epoxy, phenol focmadehyt [PF], nhựa melamin, polyeste không no

- Vật liệu đàn hồi (elastome): là loại nhựa có tính đàn hồi như: cao su,…

* Phân loại theo ứng dụng

- Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày, như: PP, PE, PS, PVC, PET, ABS…

- Nhựa kỹ thuật: Là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại nhựa thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp, như: PC, PA

- Nhựa chuyên dụng: Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho từng trường hợp

* Phân loại theo thành phần hóa học mạch chính

- Polyme mạch cacbon: polymer có mạch chính là các phân tử cacbon liên kết với nhau: PE, PP, PS, PVC, PVAc

- Polyme dị mạch: polymer trong mạch chính ngoài nguyên tố cacbon còn có các nguyên tố khác như O, N, S Ví dụ như PET, POE, poly sunfua, polyamit

- Polyme vô cơ như poly dimetyl siloxan, sợi thủy tinh, poly photphat

2.1.4 Các loại chất dẻo dùng trong máy ép đúc

2.1.4.1 Nhựa polyetylen

* Ký hiệu khoa học là: PE Gồm 2 loại: PE mềm và PE cứng

* Kết cấu hóa học: CH2 CH2 n

a Polyetylen cứng (High Density PE)

- Ký hiệu hóa học: HDPE

b Polyetylen mềm (Low Density PE)

- Ký hiệu hóa học: LDPE

Polyetylen mềm có nhiều đặc tính và ứng dụng giống với Polyetylen cứng Tuy nhiên Polyetylen mềm có những điểm khác với Polyetyeln cứng

- Cấu trúc hóa học: Cấu trúc mạch dài, có chứa nhiều mạch nhánh ngắn và cũng

có mạch nhánh dài làm hạn chế sự phân bố đều đặn của phân tử Cấu trúc này làm cho LDPE có tỷ trọng và độ kết tinh thấp hơn HDPE

- Đặc tính:

+ Phân tử lượng trung bình từ 80.000 - 500.000 Độ bền kéo đứt, dãn dài, va đập theo lượng phân tử

+ LDPE có mức hấp thụ nước 0,02%/24giờ, không hút ẩm, dễ cháy

+ LDPE cháy với ngọn lửa màu xanh, khói trắng chảy thành dòng nóng, không mùi, không vị, không độc

+ Chịu hóa chất tốt Nhưng không bền vững với axit Cromic và các hợp chất có Nitơ Dưới tác dụng của tia cực tím và oxy trong không khí LDPE bị lão hóa

2.1.4.2 Nhựa Polyvinyl Clorit:

* Ký hiệu hóa học: PVC

- Nhựa PVC có tỷ trọng cao: 1.38÷1,4 nên PVC nặng hơn một số loại nhựa khác

- PVC là loại nhựa vô định hình nên có độ trong cao, chịu thời tiết tốt, có khả năng chống lão hóa cao

- Độ bền cơ lý cao, tùy theo công thức khác nhau mà PVC có tính chất cơ lý khác nhau, PVC mềm dẻo khi dùng các chất hóa dẻo, không độc và cách điện tốt, PVC chịu lực va đập kém

- PVC có độ bền nhiệt thấp, mềm hóa ở khoảng 60°c ÷ 85°c Khi nhiệt độ gia công lớn hơn 190°c dễ rạn nứt và tỏa khí độc HCl Nhiệt độ gia công thích hợp 150°c - 180°c

- PVC là nguyên liệu không dễ cháy bởi vì có mặt Clo trong phân tử (Clo có bản chất chống cháy) Khi cháy PVC ít sinh nhiệt vì có hàm lượng Cacbon thấp Vì thế căn cứ vào một số xét nghiệm PVC cứng là loại nhựa đầu bảng so với các loại nhựa xét về khả năng chống cháy

* Phân loại PVC: có 2 loại là PVC cứng và PVC mềm

+ PVC cứng: là loại chất dẻo trên cơ sở PVC mà thành phần chủ yếu là bột PVC, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn và các phụ gia khác Vật liệu này có độ đều cơ học và hóa học vững, cách điện tốt và có thể dùng phương pháp gia công thông thường để tạo ra sản phẩm PVC cứng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học và nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác

+ PVC mềm: PVC mềm (hay PVC được dẻo hóa) là loại vật liệu được tạo ra bởi các trộn bột PVC với chất hóa dẻo, chất ổn định, chất độn và chất tạo màu Tỷ lệ chất dẻo càng tăng, thì độ bền sẽ giảm và độ dãn dài sẽ tăng Tính chất cách điện và

độ bền hóa cũng giảm theo PVC mềm được dùng để sản xuất các loại sản phẩm

như màng mỏng, băng dính ống mềm, bọc dây điện

- PS thông thường được tạo thành bằng cách trùng hợp các đơn chất Styren

- PS trong suốt, không màu và dễ tạo màu, hình thức đẹp dễ gia công (nhiệt độ gia công: 1800c - 2000c)

- Nhược điểm của PS: dài, dễ rạn nứt, chịu va đập kém, chịu hóa học kém, tan trong dung môi Benzen, Aceton, MEK (Metyl Etylen Keton)

- Độ bền va đập thấp, cách điện tốt, nhiệt độ biến dạng thấp, vật liệu không phân cực, không hút ẩm

- Như vậy ngoài PS thông thường còn có PS chịu va đập (HIPS) và nhựa EPS Ngoài ra trong quá trình đúc còn sử dụng các loại nhựa khác như: Polypropylen (PP), Polyamit (PA), Polyacrylonitrit butadien styren (ABS)…

2.1.5 Những ứng dụng của chi tiết nhựa nhiệt dẻo

2.1.5.1 Nhựa PP

- PP thông thường để sản xuất các loại vật dụng thông thường trong đời sống

- PP trùng hợp khối (block PP) sản xuất các vật dụng chất lượng cao, các chi tiết công nghiệp, các loại van, vỏ hộp acqui, điện gia dụng

- PP tính năng cơ lý cao (High impact PP) dùng sản xuất vật dụng chất lượng cao, chi tiết công nghiệp, các loại van, điện gia dụng

- PP đặc biệt: chuyên dùng cho chi tiết sản phẩm công nghiệp, chi tiết nhựa trong

xe máy, ô tô, điện gia dụng, điện tử, hộp thực phẩm, ghế, sản phẩm có kích lớn, bộ phận ngoài máy giặt

- Tạo ra các sản phẩm thổi và chai trong, chai cho y tế, bao dệt các loại Các loại lưới (lưới đánh cá, lưới bóng chuyền, thảm trải ), các phụ tùng nội thất xe ôtô

2.1.5.2 Nhựa PVC

a PVC trong ngành xây dựng

- Lĩnh vực xây dựng là nơi mà PVC được sử dụng nhiều và rộng rãi nhất Trong đó, các loại ống dẫn và phụ kiện chiếm đến hơn một phần 3 tổng sản lượng PVC trên toàn thế giới

- Ngoài ống dẫn, PVC được sử dụng cho xây dựng nhà cửa và trang trí nội ngoại thất Trong nhiều khâu, các sản phẩm PVC đã thay thế những vật liệu truyền thống như gỗ, đồng và nhôm

- Ngoài những ứng dụng trên, PVC còn được dùng để làm mương, máng thủy lợi, màng mỏng phục vụ nông nghiệp, hàng rào, mái che…

b PVC trong kỹ thuật điện và điện tử

Đây chính là lĩnh vực mà nhờ nó PVC đã phát triển một cách nhanh chóng và đột phá Cách đây hơn 50 năm, người ta đã phát hiện ra PVC có những tính chất không những giống mà còn vượt trội cao su trong việc bọc dây cáp điện Ngày nay, PVC chiếm gần 50% thị phần ở lĩnh vực sản xuất đồ điện và điện tử Một số lĩnh vực sản xuất phổ biến cần dùng PVC: Máy điều hòa không khí, máy tính, máy giặt, máy lạnh, dụng cụ gia đình, cáp quang, bàn phím máy tính,…

c PVC trong sản xuất ôtô, xe máy

PVC đóng một vài trò to lớn trong chế tạo ôtô, môtô hiện đại Nó được sử dụng thay thế kim loại và vật liệu khác để chế tạo các bộ phận sườn xe, tấm chắn gió, tấm lót sàn, tấm chắn bùn và nhiều chi tiết khác Việc sử dụng PVC sẽ làm cho:

+ Tuổi thọ của xe dài hơn: Do độ bền của PVC, tuổi thọ của xe tăng từ 11,5 năm trong những năm 1970 lên 17 năm như hiện nay

+ Với những bộ phận và chi tiết bằng nhựa, xe sẽ nhẹ hơn và nhờ đó sẽ tiêu thụ nhiên liệu ít hơn

2.1.5.4 Nhựa ABS

- ABS kết hợp đặc tính về điện và khả năng ép phun không giới hạn và giá cả phải chăng, được ứng dụng trong các sản phẩm cách điện, trong kỹ thuật điện tử và thông tin liên lạc (vỏ và các linh kiện bên trong)

- Trong kỹ thuật nhiệt lạnh: Là các vỏ bên trong, các cửa trong và vỏ bọc bên ngoài chịu va đập ở nhiệt độ lạnh

- Các sản phẩm ép phun như các vỏ bọc, bàn phím máy tính, máy ảnh,…

- Trong công nghiệp xe: Làm các bộ phận xe hơi, xe máy, thuyền…

- Trong công nghiệp bao bì, đặc biệt dùng cho thực phẩm, các sản phẩm ép phun, thùng chứa và màng, mũ bảo hiểm đồ chơi

2.2 Khuôn ép nhựa

2.2.1 Khái quát về khuôn

Khuôn là dụng cụ dùng để tạo hình sản phẩm theo phương pháp định hình, khuôn được thiết kế và chế tạo để sử dụng cho một số lượng chu trình nào đó, có thể là một lần và cũng có thể là nhiều lần

Kết cấu và kích thước của khuôn được thiết kế và chế tạo phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, chất lượng và số lượng của sản phẩm cần tạo ra Khuôn sản xuất sản phẩm nhựa là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, được chia ra làm hai phần khuôn chính là:

+ Phần cavity (phần lòng khuôn): được gá trên tấm cố định của máy ép nhựa + Phần core (phần lõi khuôn): được gá trên tấm di động của máy ép nhựa

Ngoài ra, khoảng trống giữa cavity và core (phần tạo sản phẩm) được điền đầy bởi nhựa nóng chảy Sau đó, nhựa được làm nguội, đông đặc lại rồi lấy ra khỏi khuôn bằng hệ thống lấy sản phẩm hoặc thao tác bằng tay Sản phẩm thu được có hình dạng của lòng khuôn

Trong một bộ khuôn phần lõm vào sẽ xác định hình dạng bên ngoài của sản phẩm được gọi là lòng khuôn (hay còn gọi là khuôn âm, cối, cavity), còn phần lồi ra

sẽ xác định hình dạng bên trong của sản phẩm được gọi là lõi (hay còn gọi là khuôn dương, chày, core) một bộ khuôn có thể có một hoặc nhiều lòng khuôn và lõi Phần

tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi được gọi là mặt phân khuôn

2.2.2 Cấu tạo chung của khuôn

Hình 2.1 Kết cấu của một bộ khuôn hai tấm ép sản phẩm nhựa

1 Tấm kẹp phía trước: kẹp phần cố định của khuôn vào máy ép phun

2 Tấm khuôn phía trước: là một phần cố định của khuôn tạo nên

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

4 Bạc cuống phun: Nối vòi phun và kênh nhựa với nhau thông qua tấm kẹp phía

trước và tấm khuôn trước

5 Sản phẩm

6 Bộ định vị: Đảm bảo vị trí phù hợp giữa phần cố định và phần chuyển động

của khuôn

7 Tấm đỡ: Giữ cho mảnh ghép của khuôn không bị rơi ra ngoài

8 Khối đỡ: Dùng cho phần ngăn giữ tấm đỡ và tấm kẹp phía sau để cho tấm đẩy

hoạt động được

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

10 Chốt đẩy: Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi bị mở

11 Tấm giữ: Giữ chốt đẩy và tấm đẩy

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

13 Bạc dẫn hướng: Tránh làm mài mòn nhiều hoặc làm hỏng tấm khuôn sau

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

13

3 1

15 14 16

15 Bạc mở rộng: Dùng làm bạc kép để tránh mài mòn hỏng tấm kẹp phía sau

19 Chốt dẫn hướng: Dẫn phần chuyển động tới phần cố định của khuôn

2.2.3 Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép nhựa

Đảm bảo độ chính xác về kích thước, hình dáng, biên dạng của sản phẩm

Đảm bảo độ bóng cần thiết cho cả bề mặt của lòng khuôn và lõi để đảm bảo độ bóng của sản phẩm

Đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan giữa hai nửa khuôn

Đảm bảo lấy được sản phẩm ra khỏi khuôn một cách dễ dàng

Vật liệu chế tạo khuôn phải có tính chống mòn cao và dễ gia công

Khuôn phải đảm bảo độ cứng vững khi làm việc, tất cả bộ phận của khuôn không được biến dạng hay lệch khỏi vị trí cần thiết khi chịu lực ép lớn (vài phần trăm tấn) Khuôn phải có hệ thống làm lạnh bao quanh lòng khuôn sao cho lòng khuôn phải

có nhiệt độ ổn định để vật liệu điền đầy vào lòng khuôn và định hình nhanh chóng trong lòng khuôn từ đó rút ngắn chu kì ép và tăng năng suất

2.2.4 Các loại khuôn phổ biến

2.2.4.1 Khuôn hai tấm

Khuôn hai tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn nằm ngang mặt phân khuôn, cổng vào nhựa bên hông sản phẩm và khi mở khuôn thì chỉ

có một khoảng mở để lấy sản phẩm và kênh dẫn nhựa

Đối với khuôn hai tấm thì có thể thiết kế cổng vào nhựa sao cho sản phẩm và kênh dẫn nhựa tự động tách rời hoặc không tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa (xương keo) được lấy ra khỏi khuôn

Phương pháp dùng khuôn hai tấm rất thông dụng trong hệ thống khuôn ép phun Khuôn gồm có hai phần: lòng khuôn (khuôn âm) và lõi khuôn (khuôn dương) Kết cấu khuôn đơn giản, dễ chế tạo nhưng khuôn hai tấm thường chỉ sử dụng để tạo ra những sản phẩm dễ bố trí cổng vào nhựa

Khuôn 2 tấm có 1 lòng khuôn Khuôn 2 tấm có nhiều lòng khuôn

Hình 2.2 Kết cấu khuôn hai tấm

2.2.4.2 Khuôn ba tấm

Khuôn ba tấm là khuôn ép phun dùng hệ thống kênh dẫn nguội, kênh dẫn được

bố trí trên hai mặt phẳng và khi mở khuôn thì có một khoảng mở để lấy sản phẩm ra

và khoảng mở kia để lấy kênh nhựa Do đó, nếu lấy sản phẩm và kênh dẫn ra khỏi khuôn dùng hệ thống đẩy thì phải bố trí hai hệ thống nên kết cấu khuôn sẽ phức tạp

và lớn hơn khuôn hai tấm

Đối với khuôn ba tấm thì sản phẩm và kênh dẫn nhựa luôn tự động tách rời khi sản phẩm và kênh dẫn nhựa được lấy ra khỏi khuôn

Đối với sản phẩm loại lớn cần nhiều miệng phun hoặc khuôn nhiều lòng khuôn cần nhiều miệng phun thì có thể dùng khuôn ba tấm

Nhược điểm của hệ thống khuôn ba tấm là khoảng cách giữa vòi phun của máy

và lòng khuôn dài nên có thể làm giảm áp lực phun khi nhựa vào lòng khuôn Có thể khắc phục điều này bằng cách dùng hệ thống kênh dẫn nhựa nóng

Hình 2.3 Kết cấu khuôn ba tấm

2.2.4.3 Khuôn nhiều tầng

Khuôn nhiều tầng là khuôn ép phun do hai hay nhiều bộ khuôn ghép lại với nhau,

để tăng năng suất (tăng số lƣợng sản phẩm trong một chu kỳ)

Khuôn nhiều tầng là khuôn ép phun có thể dùng hệ thống kênh dẫn nguội hoặc kênh dẫn nóng Hiện nay, khuôn nhiều tầng dùng kênh dẫn nóng đƣợc sử dụng rộng rãi hơn do chiều dài kênh dẫn trên khuôn nhiều tầng quá dài, khó điều khiển nhiệt

độ và áp suất nếu dùng kênh dẫn nguội

Hình 2.4 Khuôn nhiều tầng

Khi yêu cầu số lƣợng sản phẩm lớn thì dùng khuôn nhiều tầng Hệ thống khuôn này có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn

Trong khuôn nhiều tầng, vấn đề cách nhiệt giữa các tấm khuôn rất quan trọng Tấm dẫn nhựa nóng và tấm khuôn âm (hoặc dương) không được tiếp xúc trực tiếp với nhau để đảm bảo là tấm dẫn keo nóng không bị nguội nhựa và tấm sản phẩm thì không nóng lên, vì trong khuôn nhiều tầng sử dụng hệ thống Hot Runner nên các tấm sản phẩm phải có nhiệt độ thấp để cho quá trình làm nguội nhựa khi vào lòng khuôn được nhanh, từ đó tăng chu kỳ sản xuất và tăng năng suất

Để các tầng đóng và mở đồng thời, sử dụng các cơ cấu sau:

+ Cơ cấu đòn bẩy:

+ Cơ cấu thanh răng - bánh răng

2.3.4.4 Khuôn cho sản phẩm nhiều màu

Hình 2.5 Kết cấu cơ bản của khuôn cho sản phẩm nhiều màu

Kết cấu cơ bản của khuôn cho sản phẩm nhiều màu yêu cầu các cụm chi tiết như khuôn cơ bản Đặc trưng rõ ràng nhất của khuôn nhiều màu là có nhiều cổng phun Sản phẩm tạo ra có nhiều màu sắc khác nhau

Khác với khuôn hai tấm hay khuôn ba tấm, khuôn nhiều màu ngoài chuyển động

mở khuôn cơ bản, khuôn nhiều màu thường còn có chuyển động quay, hay tịnh tiến theo phương vuông góc với phương mở khuôn

Khuôn nhiều màu được ứng dụng sản xuất các sản phẩm nhiều màu hoặc mang tính bản quyền hoặc thay thế các sản phẩm cần ghép

Hình 2.6 Sản phẩm của khuôn nhiều màu

2.2.5 Các hệ thống của khuôn

2.2.5.1 Hệ thống lấy sản phẩm

a Giới thiệu chung:

Sau khi sản phẩm trong khuôn được làm nguội, khuôn được mở ra, lúc này sản phẩm còn dính trên lòng khuôn do sự hút của chân không và sản phẩm có xu hướng

co lại sau khi được làm nguội nên cần hệ thống đẩy để đẩy sản phẩm ra ngoài

Hình 2.7 Cấu tạo chung của hệ thống đẩy

Yêu cầu đối với hệ thống đẩy sản phẩm:

- Đơn giản hóa (không quá phức tạp đối với khuôn, cơ cấu nhỏ, nhẹ và hiệu quả)

- Độ cứng của chốt đẩy khoảng 40 - 45 HRC, được gia công chính xác và được lắp theo hệ thống trục, độ chịu mài mòn tốt vì quá trình phun ép có chu kỳ rất nhỏ, bạc dẫn lại không tự bôi trơn nên rất nhanh mòn, tuổi thọ sẽ giảm

- Có khoảng đẩy và lực đẩy phù hợp để đẩy sản phẩm

- Có thể lấy sản phẩm ra dễ dàng và không ảnh hưởng đến hình dạng sản phẩm, tính thẩm mỹ của sản phẩm

- Hệ thống đẩy phải nằm trên khuôn di động (khuôn hai tấm)

b Nguyên lý chung

Sau khi kết thúc quá trình nhựa điền đầy lòng khuôn và quá trình làm mát thì máy ép sẽ mở khuôn và trục đẩy của máy ép (ejector rod) sẽ đẩy hai tấm đẩy (eiector plate) và thông qua các chi tiết đẩy (chốt đẩy, lưỡi đẩy, ống đẩy, tấm tháo, ) đẩy sản phẩm ra ngoài

Trong quá trình đẩy thì tấm đẩy làm lò xo của khuôn nén lại Khi trục đẩy của máy ép trở về vị trí ban đầu, lực tác động lên tấm đẩy không còn nữa, lúc này lực nén lò xo sẽ giúp tấm đẩy trở về vị trí ban đầu, quá trình này có sự tham gia dẫn hướng của chốt hồi

Hình 2.9 Hệ thống dùng lưỡi đẩy

* Kiểu dùng ống đẩy: Các ống đẩy rất thuận lợi cho quá trình đẩy quanh chốt lõi Khi dùng hệ thống đẩy này, các góc thoát có thể giảm xuống tới 0,50 để tránh các vết chìm để lại trên bề mặt phía trên

Hình 2.10 Hệ thống dùng ống đẩy

Hình 2.11 Ống đẩy

* Hệ thống đẩy sử dụng tấm tháo: Dùng để đẩy những chi tiết có dạng trụ tròn hay hình hộp chữ nhật có bề dày thành mỏng Sử dụng hệ thống này thì sản phẩm luôn đạt được tính thẩm mỹ do không có vết chốt đẩy Nhược điểm của hệ thống này là sử dụng lực đẩy lớn hơn so với các phương pháp khác, do tấm tháo có trọng lượng lớn hơn

Hình 2.12 Hệ thống đẩy dùng tấm tháo 2.2.5.2 Hệ thống cấp nhựa

a Đặc điểm

Một hệ thống kênh dẫn nhựa cơ bản bao gồm các thành phần:

- Cuống phun (sprue)

- Kênh dẫn nhựa (runner)

- Cổng vào nhựa (gate)

Hình 2.13 Hệ thống cấp nhựa

b Nguyên tắc hoạt động

Hệ thống kênh dẫn nhựa có chức năng phân phối nhựa chảy dẻo từ vòi phun đến các lòng khuôn Sự thiết kế, hình dạng và kích thước của nó ảnh hưởng đến tiến trình điền đầy khuôn cũng như chất lượng của sản phẩm

Thông thường, đối với khuôn có một lòng khuôn thì hệ thống cấp nhựa chỉ cần cuống phun Nhựa được cung cấp từ máy ép phun tới cuống phun bằng cách thông qua bạc cuống phun, sau đó trực tiếp tới lòng khuôn

Với khuôn có nhiều lòng khuôn, nhựa được cung cấp từ vòi phun, qua cuống phun và hệ thống kênh dẫn; sau đó được bơm vào các lòng khuôn thông qua các cổng vào nhựa

c Nguyên tắc thiết kế

- Đảm bảo sự điền đầy đồng thời các lòng khuôn

- Lựa chọn đúng vị trí miệng phun sao không cho ảnh hưởng đến thẩm mỹ sản phẩm và đặc tính cơ học của sản phẩm

- Phải đảm bảo lấy sản phẩm nhanh

d Đặc điếm và chức năng các bộ phận của hệ thống kênh dẫn nguội

* Cuống phun

Cuống phun là chỗ nối giữa vòi phun của máy và kênh nhựa, có nhiệm vụ đưa dòng nhựa từ vòi phun của máy đến kênh dẫn hoặc trực tiếp đến lòng khuôn (đối với khuôn không có kênh dẫn) Hệ thống cuống phun được sử dụng thông thường nhất có bạc cuống phun, thường dùng bạc cuống phun để dễ thay thế và gia công

Hình 2.14 Bạc cuống phun dùng bốn bu lông

Để tăng tuổi thọ của khuôn, gắn lò xo dưới cuống phun để giảm va chạm có hại cho khuôn và vòi phun

Dùng vòng định vị gắn ở đầu bạc cuống phun để bảo đảm sự đồng tâm giữa vòi phun và cuống phun Vòng định vị thường được tôi cứng để không bị vòi phun của máy làm hỏng

Hình 2.15 Lắp ghép giữa bạc cuống phun và vòng định vị