NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG PHẦN mềm CREO PARAMETRIC 4 0 MOLDFLOW 2012 mô PHỎNG THIẾT kế KHUÔN CÓ RÃNH dẫn NÓNG SẢN XUẤT ổ cắm điện

Với sự hỗ trợcủa máy tính, nhiều phần công việc đã được hoàn thành một cách tự động hóa vàchính xác, giúp giảm thời gian và chi phí trong phát triển sản phẩm và trong chế tạo.Thiết kế có

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CREO

PARAMETRIC 4.0 & MOLDFLOW 2012

MÔ PHỎNG THIẾT KẾ KHUÔN

CÓ RÃNH DẪN NÓNG SẢN XUẤT Ổ CẮM ĐIỆN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về CAD/CAM/CAE

Ngày nay, trong thời buổi cạnh tranh khuôn đang mang tính toàn cầu, các nhà sảnxuất luôn tìm cách giới thiệu các sản phẩm mới với tính năng đa dạng, chất lượngcao, giá thành hạ và thời gian giao hàng ngắn

Để làm được điều này các nhà sản xuất phải cân nhắc kỹ từng giai đoạn trong quátrình sản xuất với những tính toán tối ưu Họ đã cố gắng sử dụng sự trợ giúp củamáy tính với bộ nhớ khổng lồ, tốc độ sử lí nhanh và có khả năng tương tác đồ họathân thiện với con người trong nhiều giai đoạn của quá trình sản xuất Với sự hỗ trợcủa máy tính, nhiều phần công việc đã được hoàn thành một cách tự động hóa vàchính xác, giúp giảm thời gian và chi phí trong phát triển sản phẩm và trong chế tạo.Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (Computer-Aided-Design-CAD), chế tạo có sự

hỗ trợ của máy tính (Computer-Aided-Manufacturing-CAM) và phân tích, tính toán

kỹ thuật có sự hỗ trợ của máy tính (Computer-Aided-Engineering-CAE) là nhữngcông nghệ được sử dụng cho mục đích này trong suốt chu kỳ sản xuất sản phẩm.CAD và CAE được ứng dụng vào giai đoạn thiết kế sản phẩm còn CAM được ứngdụng vào giai đoạn chế tạo, bắt đầu từ việc lập qui trình chế tạo và kết thúc bằngcác sản phẩm thực [4]

1.1.1 CAD (Computer Aided Design)

CAD là việc sử dụng hệ thống máy tính để hổ trợ trong xây dựng, sửa đổi, phântích hay tối ưu hóa Vai trò cơ bản nhất của CAD là để xác định hình học của thiết

kế như hình dáng hình học của các chi tiết cơ khí, các kết cấu kiến trúc, mạch điện

tử, mặt bằng nhà cửa trong xây dựng… Các ứng dụng điển hình của CAD là tạo bản

vẽ kỹ thuật với đầy đủ các thông tin kỹ thuật của sản phẩm và mô hình hình học 3Dcủa sản phẩm Hơn nữa mô hình CAD này sẽ được dùng cho các ứng dụng CAE vàCAM sau này, đây chính là lợi ích lớn nhất của CAD vì có thể tiết kiệm thời gian

một cách đáng kể và giảm được các sai số gây ra do phải xây dựng lại hình học củathiết kế mỗi khi cần đến nó [4].

Một quá trình CAD tiêu biểu được thực hiện theo các bước sau:

- Xây dựng mô hình hình học sản phẩm

- Phân tích kỹ thuật sản phẩm

- Kiểm tra đánh giá kỹ thuật

- Xây dựng bản vẽ kỹ thuật

Các công cụ CAD cần có để hỗ trợ quá trình thiết kế tùy thuộc vào pha thiết kế:

- Đối với pha khái niệm hóa thiết kế các công cụ CAD cần có là các kỹ thuật môhình hóa hình học, các hỗ trợ đồ họa và các thao tác đồ họa

- Pha mô hình hóa và mô phỏng thiết kế cần các công cụ kể trên, công cụ môphỏng chuyển động, lắp ráp và một số gói mô hình hóa khác

- Pha phân tích thiết kế cần các gói về phân tích, các gói và các chương trình tùybiến

- Pha thiết kế tối ưu cần các ứng dụng tùy biến và tối ưu hóa kết cấu

- Pha đánh giá thiết kế cần các công cụ về dung sai, kích thước và bảng các vậtliệu

- Pha tạo tài liệu và truyền đạt thông tin thiết kế cần công cụ tạo bản vẽ kỹ thuật

và công cụ tạo ảnh tô bóng

Ngày nay CAD được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau Có thể kểtên ra sau đây một số ngành như sau: cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện, điện tử, yhọc, dệt may, thiết kế sản phẩm, thiết kế công nghiệp, thiết kế nhạc cụ, thiết kếvườn tược, chiếu sáng… Trên thị trường hiện nay có rất nhiều phần mềm CAD vớinhững cấp độ khác nhau Có những phần mềm giá chỉ vài trăm đô là với tính nănghạn chế nhưng cũng có những gói phần mềm giá hàng chục đến hàng trăm đô la.Cũng có phần mềm CAD riêng lẻ và có những phần mềm CAD tích hợp trong phầnmềm CAD/CAM

Ở Việt Nam, trong lĩnh vực cơ khí, các phần mềm CAD phổ biến hiện nay là:Auto CAD, Mechanical Destop, Inventor, Solidworks, Catia, Pro/Engineer,Unigraphics, Solid Edge….[4]

1.1.2 CAM (Computer Aided Manufacturing)

CAM là công nghệ liên quan với việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch,quản lý và điều khiển quá trình chế tạo Một trong những lĩnh vực hoàn thiện nhấtcủa CAM là điều khiển chương trình số (Numerical Control –NC) Đây là kỹ thuật

sử dụng các chỉ dẫn đã được lập trình để điều khiển các máy công cụ như máy mài,máy tiện, máy phay, máy dập… Máy tính có thể sản sinh ra một lượng đáng kể cácchỉ dẫn NC dựa trên các sữ liệu hình học từ cơ sở dữ liệu CAD cộng với nhữngthông tin bổ sung được cung cấp bởi người vận hành [4]

Một số chức năng quan trọng của CAM là lập trình robot Các robot này có thểvận hành trong một tế bào gia công, chọn và định vị dao và chi tiết gia công cho cácmáy NC Những robot này cũng có thể thực hiện các nhiệm vụ đơn lẻ như hàn, lắpráp hoặc vận chuyển thiết bị hoặc chi tiết trong phân xưởng Lập qui tình chế tạocũng là một mục đích của CAM Qui trình chế tạo bao gồm các nguyên công chi tiếtcủa các bước sản xuất từ ban đầu đến kết thúc, từ máy này đến máy khác trong phânxưởng Mặc dù việc lập quy trình chế tạo hoàn toàn tự động là điều gần như khôngthể nhưng quy trình công nghệ chế tạo hoàn toàn tự động là điều gần như không thểnhưng quy trình công nghệ chế tạo cho một chi tiết có thể được tạo ra nếu tồn tạimột quy trình chế tạo của một chi tiết tương tự Cho mục đích này, công nghệ nhóm

đã được phát triển để tổ chức các chi tiết tương tự nhau thành một họ Các chi tiếtđược phân thành cùng một họ nếu chúng có những đối tượng gia công giống nhaunhư rãnh, các túi rỗng, các mép vát, các lỗ… Vì thể để dò tự động sự giống nhaugiữa các chi tiết, cơ sở dữ liệu CAD phải chứa các thông tin về những đối tượngnhư thế Nhiệm vụ này được thực hiện nhờ công nghệ nhận dạng đối tượng Thêmvào đó, máy tính có thể được sử dụng để xác định khi nào đặt hàng nguyên liệu vàmua sắm chi tiết và số lượng hàng hóa cần phải đặt để đáp ứng kế hoạch sản xuất

Các công cụ CAM cần có để hỗ trợ quá trình sản xuất tùy thuộc vào pha sản xuất,

cụ thể như sau:

- Đối với pha lập quy trình sản xuất, các công cụ CAM sau đây cần phải có: kỹthuật lập quy trình chế tạo, phân tích chi phí, các đặc điểm kỹ thật của công cụ

và vật liệu

- Pha lập trình gia công chi tiết cần có công cụ lập trình NC

- Pha kiểm tra cần phần mềm kiểm tra [4]

1.1.3 CAE (Computer Aided Engineering)

CAE là công nghệ liên quan đến việc sử dụng hệ thống máy tính để phân tích đốitượng hình học CAD, cho phép người thiết kế mô phỏng và nghiên cứu cách ứng xửcủa sản phẩm từ đó có thể tinh chỉnh và tối ưu hóa Các công cụ CAE tương đối đadạng, đáp ứng được cho nhiều nhu cầu phân tích sản phẩm Ví dụ, các chương trìnhchuyển động học có thể được sử dụng để xác định các hành trình chuyển động họcdịch chuyển lớn có thể được dùng để xác định các tải và các dịch duyển trong một

hệ thống lắp ráp phức tạp như ô tô…

Trong CAE người ta sử dụng 3 công cụ giải tích chính là:

- Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method-FEM)

- Phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method-FDM)

- Phương pháp phần tử biên (Boudary Element Method-BEM)

Trong đó có lẽ phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng rộng rãi nhất CAEđược áp dụng trong các lĩnh vực sau:

- Phân tích ứng suất trên các chi tiết và trên các láp ráp bằng cách sử dụng FEM

- Phân tích dòng chảy và truyền nhiệt (CFM)

- Mô phỏng các trường hợp cơ khí (MES)

- Mô phỏng các quá trình công nghệ đúc, dập…

- Tối ưu hóa sản phẩm hoặc quá trình gia công

Một quá trình thiết kế tổng hợp với sự có mặt CAD và CAE cho một số đối tượngsản phẩm cụ thể bao gồm các bước sau:

Thu thập và sử lí thông tin: Thu thập các thông tin liên quan đến điều kiện thiết

kế sản phẩm rồi sử lý, sàng lọc các thông tin, điều kiện ràng liên quan đến sản phẩmthiết kế để tìm ra hướng giải pháp và mục tiêu thiết kế

Đưa ra ý tưởng thiết kế: Đưa ra ý tưởng gần với cấu tạo của sản phẩm nhất Thời

điểm này người thiết kế chỉ cần vẽ khái quát ý tưởng trên giấy

Chỉnh lý ý tưởng thiết kế: Lập bảng phân tích và cho điểm về các yếu tố cấu

thành sản phẩm thiết kế trong các ý tưởng thiết kế như tính năng, phẩm chất, giáthành, tính công nghệ trong kết cấu… Sau đó lọc ra ý tưởng nào điểm cao nhất thì

xử lý trước, cái nào điểm ít hơn thì sử lý sau Từ đó có thể dự đoán tìm ra cáckhuyết điểm của sản phẩm dự định thiết kế Dùng CAD để thiết kế sản phẩm

Phân tích, tính toán kỹ thuật với CAE với 3 pha như sau:

Tiền xử lý: Dùng bộ tiền xử lý để soạn những thông số cần thiết để giải tích, định

nghĩa các phần tử hữu hạn trong model và các thông số vùng biên, môi trường

Xử lý: Tiến hành thực hiện các giải pháp để mô phỏng.

Hậu xử lý: Phân tích hình ảnh hoặc các trị số đo kết quả đưa ra từ bộ hậu xử lý.

Các lãnh vực ứng dụng của CAE là cơ khí, điện, điện tử, kiến trúc, hóa học… Tùytheo mỗi ngành mà ứng dụng của CAE và phần mềm chuyên dụng khác nhau

Sau đây là một số phần mềm CAE chuyên dụng cho một số ứng dụng:

Tính toán phân tích kết cấu: Msc.Nastran, Ansys, Abaqus, Amps, Mpact, Catia

Analysis, Msc Simdesigneer, NX, Advc, Pam-Crash

Tính toán phân tích ứng dụng: MSC.Semdesigner, MSC.Fatigue, Ansys, Catia

Analysis, Amps, Abaqus

Tính toán phân tích dao động, chấn động: Abaqus, Ansys, Msc.Nastran, Catia

Analysis, Pam-Nvh, NX

Tính toán phân tích xung kích, va đập: Pam-Crash, LS-Dyna, Abaqus, Radioss Tính toán phân tích dòng chảy: Fluent, Flow-3D, Flowizard, Stream, Phoenics,

Pam-Flow, Dynaflow, Ansys Cfx, NX, OpenFoam

Tính toán phân tích điện từ trường: Photo-series, Magnet6, Jmag-studio,

Pam-Cem, Ansys

Tính toán phân tích động học cơ cấu: MSC.adams, Lms Virtual.lab Motion,

Lms Dads, Functionbay Recurdyn, NX, Pam-medysa

Đối với lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu người ta thường sử dụng các phần mềm sauđây: 3Dtimon, Planets, MoldFlow, SimpoeMold (cho khuôn nhựa)…Trong nhữngphần mềm trên thì Creo Parametric 4.0 đáp ứng được cả những tính năng trên [4]

1.2 Sử dụng công nghệ CAD/CAM để phát triển sản phẩm

Chúng ta có thể nêu ra một ví dụ cụ thể cho việc sử dụng hệ thống CAD/CAMtrong việc phát triển sản phẩm

Giả sử công việc của chúng ta là thiết kế và gia công khuôn cho một sản phẩmnhựa, quá trình thiết kế được thực hiện với hệ thống CAD

Bước tiếp theo trong chu kỳ sản phẩm là phân tích thiết kế Mô hình phân tíchđược xử lý bởi bộ tiềm xử lý CAE

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

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

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

Từ dữ liệu hình học của khuôn âm và khuôn dương, một bộ khuôn thích hợp cóthể được lựa chọn từ cơ sở dữ liệu chứa đựng các bộ khuôn tiêu chuẩn Sau đómiệng rót, kênh dẫn nhựa, hệ thống làm mát và cách thành phần khác của bộ khuônđược thiết kế và đặt vào bộ khuôn tại vị trí thích hợp Chúng ta có thể chạy môphỏng lại chương trình để dự đoán dòng chảy cho chính xác hơn, chúng ta cũng cóthể chạy phân tích sự tản nhiệt để mô phỏng thiết kế của kênh làm mát.

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

Khi quá trình gia công cần thiết đã được hoàn thành bộ khuôn được ghép lạ vàđược sử dụng cho quá trình ép nhựa Ở đây chúng ta cũng có thể dùng quá trìnhphân tích để mô phỏng xác định các điều kiện khác nhau của khuôn giúp chúng ta

có thể xử lý tốt hơn bản thiết kế như: Nhiệt độ khuôn, áp lực ép, nhiệt độ nhựa [4]

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THIẾT KẾ KHUÔN MẪU

2.1 Giới thiệu chung về khuôn mẫu tạo hình

Các điểm cần chú ý khi thiết kế khuôn:

- Xác định loại khuôn cần thiết kế

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

- Lựa chọn vật liệu, phương pháp xử lý bề mặt tạo hình

- Lựa chọn phương pháp chế tạo khuôn, trang thiết bị, máy móc…[4] [5]

a Theo phương pháp gia công nhựa

Khuôn ép: Dạng khuôn này dùng để tạo hình sản phẩm nhựa từ nguyên liệu nhựa

được nung nóng và ép vào lòng khuôn

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

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

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

được sử dụng

Khuôn thổi định hình: Được sử dụng để tạo hình các chi tiết rỗng dạng như:

2.2.2 Chức năng của các bộ phận trong bộ khuôn:

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

Khoảng cách giữa hai khối phải hợp lý sao cho tấm đẩy hoạt động tốt không bịvướng trong quá trình đẩy sản phẩm [4]

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

Tổ hợp chốt bạc dẫn hướng được coi như một chi tiết tiêu chuẩn Hệ thống này kếthợp với chốt bạc dẫn hướng tiêu chuẩn sẽ tạo nên mối liên kết chặt chẽ giữa tất cảcác tấm khuôn lại được tiến hành đồng thời với việc định vị chốt bạc dẫn hướng [4]

Hình 2.4: Các kiểu bạc dẫn hướng.

2.2.3 Hệ thống chốt hồi

Hệ thống chốt hồi có chức năng đưa tấm đẩy phía sau và giữ cố định tấm đẩytrong khi khuôn đóng hoàn toàn [4]

a Chốt đẩy

Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi mở Khoảng đẩy phải lớn hơn từ 5 đến

10 mm so với chiều cao của sản phẩm được lấy ra từ khuôn sau Thiết kế hệ thốngđẩy cần đảm bảo là không làm yếu khuôn sau [4]

Hình 2.5: Các loại chốt đẩy.

b Bạc dẫn hướng chốt

Bạc dẫn hướng chốt để tránh mòn và hỏng chốt đẩy, tấm đẩy và tấm giữ dochuyển động mạnh giữa chúng Hướng nằm ở khuôn sau để dễ điều khiển đẩy sảnphẩm ra Bạc dẫn hướng có nhiều loại và nhiều cách chế tạo khác nhau, kiểu bạcdẫn hướng dễ nhất là khoan lỗ vào tấm khuôn, tuy nhiên sẽ khó sửa chữa khi chi tiết

bị mòn Do đó thường làm bạc dẫn hướng dưới dạng một miếng ghép Có thể bằngđồng hoặc đồng thau hoặc với dạng sản xuất lớn thì dùng thép đã tôi [4]

c Bạc cuống phun

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

Hình 2.6: Các kiểu bạc cuống phun.

2.2.4 Hệ thống đẩy trong khuôn

Các chốt đẩy được gia công chính xác ở phần dẫn hướng và được lắp theo hệthống trục và được chọn theo tiêu chuẩn Độ cứng của thân chốt khoảng 60 - 65 Rc,

độ cứng của đầu chốt khoảng 30 - 35 Rc [4]

2.2.5 Hệ thống làm nguội khuôn

Nhựa lỏng sau khi vào khuôn được làm nguội nhanh để giảm nhiệt độ của sảnphẩm xuống dưới nhiệt độ nóng chảy của vật liệu, từ đó rút ngắn chu kỳ ép phuncủa vật liệu Nếu làm nguội khuôn không tốt thì nhựa sẽ gia nhiệt cho khuôn và quátrình định hình sẽ kéo dài làm tăng thời gian chù kỳ ép phun Do đó hệ thống làmnguội khuôn đóng vai trò rất quan trọng, nó quyết định toàn bộ chu kỳ ép phun [4]

2.2.6 Hệ thống dẫn nhựa

Hệ thống dẫn nhựa có nhiệm vụ dẫn nhựa từ vòi phun của máy ép phun vào tronglòng khuôn Nhờ vào việc tối ưu hóa hệ thống kênh dẫn để phòng ngừa các khuyếttật như: cong vênh, nứt hay thiếu hụt của sản phẩm

Hệ thống dẫn nhựa gồm có: Cuống phun, kênh dẫn nhựa, miệng phun, thườngtrong thiết kế người ta thường thiết kế kênh dẫn và miệng phun trước rồi mới đếncuống phun vì kích thước của cuống phun phụ thuộc vào kích thước kênh dẫn vàmiệng phun [4]

Hình 2.7: Hệ thống kênh dẫn nhựa.

2.3 Các lưu ý khi thiết kế sản phẩm trong công nghệ ép phun

2.3.1 Khái quát các vấn đề liên quan đến thiết kế sản phẩm ép phun

Trong quá trình phân tích sản phẩm, nếu áp suất điền đầy cao và hay xuất hiện cáckhuyết tật như: sản phẩm không được điền đầy, bị bavia, xuất hiện đường hàn…Thì không nên thay đổi hình học sản phẩm mà ưu tiên thay đổi các thông số giacông hay chọn lại vật liệu gia công

Nếu thay đổi các thông số gia công mà vẫn không được cải thiện được vấn đề trênthì nên thay đổi hình học của chi tiết Thay đổi sẽ ảnh hưởng đến nhiều chi tiết lắp,tính thẩm mỹ, độ bền, cơ lý của chi tiết [4]

2.3.2 Một số vấn đề cần quan tâm trong quá trình thiết kế hình học sản phẩm.

a Góc thoát khuôn

Đối với sản phẩm có gân, vấu lồi, rãnh sâu… hay có bề mặt vát ta nên thiết kế gócvát theo hướng mở của khuôn để sản phẩm có thể thoát ra khỏi khuôn 1 cách dễdàng mà không bị các khuyết tật

(a) Không nên (b) Nên

b Bề dày thành

Hiệu quả thiết kế:

- Rút ngắn thời gian chu kì ép phun và chế tạo khuôn

- Giảm giá thành sản phẩm và khuôn

- Tiết kiệm vật liệu mà vẫn đạt hiệu quả

- Tránh cong vênh, lỗ khí, vết lõm, đường hàn…

Hình 2.9: Bề dày thành.

Đây là một số khuyết tật thường gặp khi thiết kế sản phẩm mà bề dày không phùhợp Nếu phần vật liệu bên trong lõi sản phẩm nguội chậm hơn vật liệu bên trên bềmặt thì sẽ tạo ra sự co rút không đồng đều trên sản phẩm thì sự co rút này sẽ gây ra

sự cong vênh sản phẩm [4]

Hình 2.10: Khuyết tật thường gặp liên quan đến thiết kế bề dày.

c Sản phẩm bị cong vênh

Khắc phục sự cong vênh thì cần thiết kế bề dày đồng nhất, phương pháp giúp thiết

kế sản phẩm đồng nhất là tạo vùng chuyển tiếp giữa hai vùng có bề dày khác nhau

Khi nhận thấy sản phẩm không đủ bề dày thì ta có thể:

- Tăng bề dày

- Sử dụng vật liệu khác bền hơn

- Tạo các gân tang cứng hoặc các góc bo để tang bền

Việc đảm bảo sản phẩm có bề dày đồng đều là rất quan trọng vì thời gian đôngcứng của sản phẩm có bề dày khác nhau là khác nhau Khi không đảm bảo được đềunày thì các khuyết tật rất dễ xảy ra Tuy nhiên có thể giảm bớt hỏng hóc bằng việcthiết kế các đoạn chuyển tiếp [4]

Hình 2.12: Các cách thiết kế bề dày đồng nhất.

d Góc bo

Hiệu quả thiết kế:

- Sản phẩm được làm nguội đồng đều

- Giảm khả năng cong vênh

- Giảm sự cản dòng

- Giảm sự tập trung ứng suất

- Nhựa lỏng dễ điền đầy trong lòng khuôn

Giải pháp thiết kế góc bo:

- Bán kính bo nằm trong phạm vi từ 25% đến 60% bề dày sản phẩm, tốt nhất là50%

- Bán kính ngoài (R) nên bằng bán kính trong (r) cộng thêm bề dày sản phẩm (T)Một khi đều này không thỏa mãn thì sản phẩm dễ bị cong vênh bởi sự nguộikhông đều, sự co rút không đều thêm vào đó thì ứng suất tập trung cũng tăng lên

Để giữ cho bề dày sản phẩm đồng nhất thì phải thiết kế bán kính cong ở cả 2 góc

- Bề dày, góc côn, độ cao liên quan đến nhau, nếu bề dày gân quá lớn dẫn đến vếtlõm và góc côn quá lớn sẽ khó khăn điền trong quá trình điền đầy khuôn.

- Độ nghiêng mỗi bên khoảng 10o, bề dày đáy gân tối đa là 0,8 độ dày sản phẩmnơi đặt gân (0,5-0,8)

- Gân tăng bền phải nằm thẳng hướng với hướng mở khuôn

Một số yêu cầu cần chú ý:

- Bề dày của gân không vượt quá ½ bề dày đặt gân nhưng ở những chỗ vật liệu ít

co rút và không ảnh hưởng đến tính thẫm mỹ thì có thể dày hơn 1 chút

- Bề dày gân còn tác động đến sự ưu tiên dòng chảy trong quá trình ép phun(nguyên nhân đưa đến các khuyết tật đường giao lưu và rỗ khí) [4]

Hình 2.14: Các thông số hình học của gân.

Trong đó: + Bề dày gân: t

+Chiều cao gân: h

+ Bán kình góc bo: r

+ Góc nghiêng: ϴ

+ Khoảng cách giữa các gân: a

Gân nên được thiết kế song song, khoảng các giữa các gân nên bằng ít nhất 2 lần

bề dày Giúp giảm bớt các rãnh làm nguội và hệ thống thoát khí trong khuôn

Các gân nên đặt dọc theo 1 hướng để đạt độ cứng vững tốt (nên đặt dọc) [4]

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến khuyết tật của sản phẩm

2.4.1 Khái niệm về độ cong vênh

Cong vênh là một sự biến dạng mà bề mặt của sản phẩm ép phun không theo hìnhdạng dự định của thiết kế Một phần kết quả cong vênh nhận được từ ứng suất dưtrong quá trình ép phun, bị gây ra bởi sự khác biệt về độ co rút của vật liệu trongsản phẩm ép phun Nếu độ co ngót trên toàn bộ chi tiết đồng nhất, sản phẩm sẽkhông bị biến dạng hoặc cong vênh, mà nó sẽ trở nên nhỏ hơn trong phạm vi chophép Tuy nhiên, độ co rút thấp và đồng đều là một yếu tố phức tạp do sự hiện diện

và tương tác của nhiều yếu tố như định hướng của các chuỗi mạch phân tử polymer

và tính chất hóa lý của vật liệu, hệ thống làm mát, thiết kế khuôn và chi tiết sảnphẩm, và điều kiện quá trình ép phun [4]

2.4.2 Nguyên nhân gây ra hiện tượng co rút cong vênh sản phẩm

a Nguyên nhân

Quá trình giải nhiệt không đồng đều trên toàn bộ sản phẩm

Một phần nhỏ trên chi tiết co rút nhiều dẫn đến biến dạng trên diện rộng

b Các yếu tố ảnh hưởng

Hệ số co rút của vật liệu nhựa

Phân bố nhiệt độ khuôn và sản phẩm

Áp suất định hình

Thời gian giải nhiệt

Độ cứng vững của kết cấu sản phẩm [4]

2.4.3 Đặc điểm trong hiện tượng co rút cong vênh sản phẩm

Co rút là hiện tượng sản phẩm giảm kích thước trong quá trình nguội của vật liệunhựa Có 3 đặc điểm cần chú ý khi hiện tượng co rút xảy ra: Áp suất phun (P), thểtích nhựa (V) và nhiệt độ nhựa (T) luôn có ảnh hưởng với nhau Sự ảnh hưởng củacác yếu tố khác như nhiệt độ khuôn, hoặc thời gian điền đầy… đều ảnh hưởng đến

độ co rút của sản phẩm nhựa

Thể tích nhựa sẽ tăng lên khi được nung nóng và giảm dần trở lại như ban đầu khi

hạ nhiệt độ Khi vật liệu nhựa nóng chảy (melt) bị nén bởi áp suất không đổi, thểtích nhựa sẽ giảm so với trường hợp không chịu áp suất nào Khi giảm áp suất thìthể tích cũng tăng trở lại [4]

2.4.4 Hiện tượng co rút, cong vênh của sản phẩm nhựa:

Co rút nhựa là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ cong vênh của sản phẩm Khisản phẩm nhựa nguội từ nhiệt độ nhựa nóng chảy (melting temperature) đến nhiệt

độ môi trường khuôn (mold temperature) thì sự co rút sẽ xuất hiện trong quá trình.Nhựa nóng chảy được phun vào lòng khuôn đến khi lòng khuôn được điền đầy Sau

đó lòng khuôn sẽ được giải nhiệt, ngay lập tức nhựa ở các điểm nằm gần thànhkhuôn sẽ đông lại Kể từ đó, sự co rút diễn ra làm cho thể tích của nhựa trong khuôngiảm Nhìn chung, trong quá trình phun ép nhựa, ảnh hưởng của các thông số épđến độ co rút - cong vênh sản phẩm nhựa được tổng hợp như (hình 2.15) [4]

Hình 2.15: Ảnh hưởng của thông số ép đến độ co rút nhựa.

2.4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhựa đến độ co rút cong vênh sản phẩm

Khi chọn thông số ép phun cho nhiệt độ nhựa thì ta phải chọn nhiệt độ ở trạng tháihóa dẻo như đồ thị (hình 2.16)

Hình 2.16: Biểu đồ trạng thái co rút thể tích theo nhiệt độ.

Vì vậy việc lựa chọn nhiệt độ gia nhiệt cho hạt nhựa thích hợp là rất quan trọngtrong việc giảm độ cong vênh sản phẩm Nhiệt độ nóng chảy dao động từ khoảng

100 °C đến 450 °C hoặc nhiều hơn, tùy thuộc vào nhựa được đúc [4]

2.4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ khuôn đến độ co rút cong vênh sản phẩm

Theo các nghiên cứu và thực nghiệm trước đây thì nhiệt độ khuôn sau khi nguộicàng cao thì độ co rút và cong vênh sản phẩm càng cao

Biểu đồ trên cho thấy nếu nhiệt độ khuôn được làm nguội tốt như cột bên phải thì

độ co rút và cong vênh trên sản phẩm sẽ thấp và ngược lại, khi nhiệt độ khuôn caothì độ co rút và cong vênh sản phẩm sẽ cao

Nhiệt độ khuôn được quyết định bởi hệ thống làm nguội và thời gian làm nguộikhuôn Nhưng khi dùng hệ thống làm nguội tốt và thời gian nguội lâu thì sẽ đội giáthành sản phẩm [4]

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CREO 4.0

VÀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM 3D 3.1 Tổng quan về phần mềm mô phỏng thiết kế khuôn Creo Parametric 4.0

3.1.1 Giới thiệu chung

Phần mềm Creo Parametric 4.0 là một trong những phần mềm chuyên nghiệptrong lĩnh vực thiết kế và gia công khuôn mẫu nó được tích hợp gồm các công cụ:Thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn, mô phỏng động học và động lực học, xuất bản

vẽ 2D, lập trình gia công CNC

Thiết kế sản phẩm: Người dùng có thể thiết kế được tất cả các sản phẩm từ đơn

giản bằng các công cụ: Extrude, Revolve, Sweep đến phức tạp bằng các lệnh:Blend, Warp, Section Sweep, Sweep Blend… Hơn nữa, Creo 4.0 còn hỗ trợ thiết kếsản phẩm theo tham số để tạo mô hình các chi tiết máy tiêu chuẩn một cách nhanhchóng Ngoài ra cũng như các phần mềm 3D khác, Creo 4.0 cho phép chỉnh sửa lạithông số thiết kế trong từng bước và cập nhật tự động cho các bước tiếp theo

Thiết kế khuôn: Creo 4.0 mô phỏng các quá trình lắp khuôn và tách khuôn tạo

sản phẩm Sau khi thiết kế xong chi tiết mẫu, Creo 4.0 cho phép chúng ta tính toán

độ co rút của vật liệu, tự động thiết kế hình dạng lòng khuôn cho chi tiết mẫu và môphỏng quá trình tách khuôn với chức năng Mold Cavity

Xuất bản vẽ 2D: Cũng như các phần mềm vẽ khác, Creo cung cấp module tạo các

hình chiều đứng, bằng hay cạnh… từ mô hình 3D của chi tiết Ngoài ra phần mềmcòn cung cấp các kí hiệu có sẵn như độ nhám, các kí hiệu dung sai hình học và vịtrí… điều đó không những góp phần làm bản vẽ trở nên đẹp hơn, sáng sủa hơn màcòn giải phỏng sức lao động con người

Mô phỏng động học và động lực học : Với chức năng mô phỏng động, Creo

4.0 giúp người dùng lắp ráp các chi tiết thành 1 sản phẩm hoàn chỉnh, sau đó tạo các

khớp nối giữa các chi tiết giúp cho mô hình có thể chuyển động Ngoài ra, Creo4.0 còn có khả năng kiểm nghiệm ứng suất, chuyển vị, biến dạng tuyến tính và phituyến, xác định và dự đoán khả năng phá hủy vật liệu.

Lập trình gia công CNC: Với sự hỗ trợ của phần mềm Creo 4.0, việc lập trình

gia công CNC thật sự linh hoạt hơn và dễ dàng hơn, người dùng có thể lựa chọnnhiều kiểu Phay khác nhau để gia công ra chi tiết: Profile, Pocketing, Face,Roughing, Reroughing, Finishing và khắc chữ bằng Engraving Người dùng cũng

có thể tiện mặt ngoài, mặt đầu, tiện lỗ, rãnh, ren…trên các bề mặt tròn xoay mộtcách dễ dàng

3.1.2 Giới thiệu tính năng và lệnh cơ bản trong quá trình thiết kế

Để truy cập vào môi trường Sketch có hai cách:

- New/Sketch

- Từ môi trường thiết kế Part, click vào biểu tượng Sketch

Sau khi vào môi trường Sketch sẽ có giao diện như sau

Hình 3.17: Giao diện môi trường Sketch.

Để chọn đơn vị trong môi trường thiết kế là mm, chọn dòng mmms_part_solid

Xây dựng đối tượng với các lệnh cơ bản trên thanh công cụ của môi trường như:

Rectangle: - Slented Rectangle: Vẽ hình chữ nhật nằm nghiêng

- Center Rectangle: Vẽ hình chữ nhật với một điểm tâm

- Parallelogram: Vẽ hình bình hành

Circle: - Center and Point: Vẽ đường tròn từ tâm và điểm có trước

- Concentric: Vẽ đường tròn đồng tâm với đường tròn trước

- 3 Point: Vẽ đường tròn qua 3 điểm

- 3 Tangent: Vẽ đường tròn tiếp xúc với 3 đường thẳng

Arc: - 3 Point/Tangent End: Vẽ cung tròn qua 3 điểm

- Center and Ends: Vẽ cung tròn thông qua tâm và 2 điểm

- 3 Tangent: Vẽ cung tròn tiếp xúc với 3 đường thẳng

- Concentric: Vẽ cung tròn đồng tâm

- Conic: Vẽ đường conic

Ellipse: - Axis Ends Ellispe: Vẽ elip qua 2 điểm trên elip

- Center & Axis Ellipse: Vẽ elip bằng tâm & 1 điểm

Spline: - Vẽ một đường cong bất kì

Fillet: - Circular: Bo góc bằng cung tròn để lại góc dạng đứt

- Circular Trim: Bo góc bằng cung tròn

- Elliptical: bo góc bằng elip nhưng vẫn để lại góc dạng đứt

- Eliptical Trim Bo góc bằng Elip

Chamfer: - Vát góc.

Ngoài ra, còn thêm một số lệnh đo kích thước của sản phẩm

Hình 3.18: Lệnh đo kích thước.

Sau khi thiết kế sản phẩm ở môi trường 2D thì có thể tạo khối với lệnh Extrudebằng cách đùn một tiết diện được xây dựng trên bề mặt 2D theo phương vuông gócvới mặt phẳng chứa tiết diện đó (được mô tả chi tiết ở mục 3.2)

3.2 Thiết kế và mô phỏng sản phẩm 3D

Để tạo được sản phẩm khuôn phù hợp với nhu cầu sản xuất thì quá trình thiết kếsản phẩm có độ chính xác về hình dáng kích thước và kết cấu của chi tiết thì quátrình thiết kế hết sức quan trọng để làm được điều này thì môi trường PART củaCreo có thể thực hiện được với các lệnh cơ bản để phát thảo 2D như: Line,Rectangle, Circle, Arc, Champer, Fillet, Elipse… được hiển thị ở (hình 3.3)

Hình 3.19: Thanh công cụ Sketch.

Sử dụng phần mềm Creo Parametric 4.0 để thực hiện quá trình thiết kế, để thiết kếmột bản vẽ mới cần tạo một file mới (hình 3.4), tiến hành đặt tên file còn thiết kế

hình và chọn đơn vị phù hợp cho bản vẽ mmms_part_solid (hình 3.5).

Hình 3.20: Giao diện các tùy chọn.

.Hình 3.21: Giao diện môi trường Part.

Sản phẩm được thiết kế là ổ cắm điện 3 chấu công ty Điện Quang như hình 3.6

Hình 3.22: Ổ cắm điện Điện Quang.

Quá trình thực hiện bản vẽ được đi từ các chi tiết đơn giản

đến phức tạp Để tạo được các chi tiết phức tạp thì đầu tiên

cần tạo khối cho ổ cắm điện với các loại mặt tham chiếu

(hình 3.7) và kích thước ngoài của sản phẩm là: 100×48 mm

sau khi phác thảo thì sản phẩm chỉ là một hình chữ nhật đơn

giản, do đó phải dùng lệnh Extrude để tạo độ dày (3D) cho

sản phẩm chọn độ dày thật là 18mm

Hình 3.23:Mặt

phẳng tham chiếu

Dựa trên khối vừa tạo được, tiếp tục tạo các chi tiết lúc này thì chọn các chi tiết đi

từ dưới lên vì lí do phải chọn mặt tham chiếu thích hợp Ở thiết kế này thì tiếp theonên vẽ 3 hình chữ nhật nhỏ ở mặt Top với kích thước (22×36×1) mm bằng các lệnh

cơ bản được giới thiệu ở mục 3.1.2 (hình 3.8)

Hình 3.24: Vẽ chi tiết với phần lồi.

Các chi tiết tiếp theo có thể thấy là được vẽ trên các hình chữ nhật vừa tạo (hình3.8), nên chọn nó làm mặt phẳng tham chiếu tiếp theo, thu được (hình 3.9) Tương

tự như cách vẽ ở (hình 3.9) thì được chi tiết như (hình 3.10) và (hình 3.11) và sảnphẩm hoàn chỉnh (hình 3.12)

Hình 3.25: Chi tiết bị đùn lỗ ở mặt Top Hình 3.26: Mặt Top của chi tiết.

Hình 3.27: Chi tiết lún ở mặt Bottom.

Hình 3.28: Chi chiết với các gờ lồi.

Kết thúc bản vẽ Save chi tiết

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BỘ KHUÔN

4.1 Tạo mặt phân khuôn

4.1.1 Điều kiện tách khuôn

Chi tiết tham chiếu ở dạng 3D

Phôi để tạo các tấm khuôn

Mặt phân khuôn (đây là điều kiện quan trọng để tách khuôn)

Hệ số co rút của vật liệu

4.1.2 Đưa khuôn vào mặt phẳng tham chiếu

Để tạo mặt phân khuôn cho thiết kế, đầu tiên ở tùy chọn File (New) phần mềm sẽ hiển thị hộp thoại (hình 3.4) chọn Manufacturing và Mold Cavity, đồng thời thay đổi đơn vị của bản vẽ sang mmm_mfg_mold Bấy giờ phần mềm hiển thị giao diện

hình 4.1

Hình 4.29: Giao diện Manufacturing-Mold Cavity.

Để đưa chi tiết đã được thiết kế từ trước vào phân khuôn thì trên thanh công cụ

Mold (Mold Model) chọn Reference Model và Locate Reference Mold (hình

4.2a và hình 4.2b)

Hình 4.30: Tùy chọn Create Component.

Đối với 3 tùy chọn ở (hình 4.2a) thì Merge by reference mang ý nghĩa thay đổi chi tiết trong môi trường tách khuôn thì không làm thay đổi chi tiết gốc, Same Model thì ngược lại nó sẽ làm thay đổi chi tiết góc khi thay đổi chi tiết trên môi trường tách khuôn, còn ở tùy chọn Inderited thì khi thay đổi chi tiết trong môi

trường tách khuôn thì chi tiết gốc không thay đổi nhưng khi thay đổi chi tiết gốc thìchi tiết trong môi trường tách khuôn sẽ thay đổi theo Nhưng thông thường để đảmbảo tính an toàn thì nên sử dụng cách thứ nhất

- Nếu hướng rút khuôn không đúng so

với yêu cầu chọn Ref.Model Origin

and Orient và Dynamic để chọn góc

rút khuôn phù hợp bằng cách thay đổi

góc rút ở vị trí Angle trong (hình 4.3).

Hình 4.31: Thay đổi hướng rút khuôn.

Thay đổi các tùy chọn trong Layout để có được số lòng khuôn mong muốn và loại

khuôn theo yêu cầu với khoảng cách giữa các khuôn (hình 4.4a) Với các thông sốtrên thì phần mềm tạo được khuôn (hình 4.4b)

Hình 4.32: Đưa chi tiết vào môi trường tham chiếu.

4.1.3 Tạo phôi

Có 4 cách để tạo phôi cho chi tiết theo như (hình 4.5)

bao gồm:

Automatic Workpiece: Tạo phôi tự động phần mềm sẽ

tự động hiển thị phôi bao quanh chi tiết được chọn, người

dùng chỉ việc thay đổi kích thước của phôi

Assemble Workpiece: Tạo phôi bằng cách lắp ráp nhiều

phôi, cách này thì khá phức tạp đòi hỏi một số yêu cầu cơ

bản của việc lắp ráp phôi

Hình 4.33: Tạo phôi.

Create Workpiece: Tạo phôi thủ công đây được xem là cách đơn giản nhất,

không cần những ràng buộc phức tạp

Mirror Workpiece: Tạo phôi qua mặt phẳng đối xứng đã có sẵn, ở tùy chọn này

thì yêu cầu phải có một phôi trước đó, nên giới hạn ở lần sử dụng đầu tiên

Do đó, tạo phôi theo kiểu Create Workpiece phổ biến hơn nhất vì vậy ở bài luận

văn này sẽ trình bày về cách tạo phôi này

Ở Workpiece (Create Workpiece và Solid _ Part) tiến hành đổi tên phôi và tạo phôi mới ở Create Future Dùng Sketh để tạo phôi bao quanh chi tiết do trong quá trình tạo phôi để dễ dàng hơn trong việc cân chỉnh phôi thì sử dụng lệnh Sketch View Phôi sau khi tạo nhờ lệnh Mold Playout để hiện thị (hình 4.6)

Hình 4.34: Phôi.

4.1.4 Tính toán co rút cho bộ khuôn

Shrink by Scale: Tính hệ số co rút theo tỉ lệ cho sẵn

của các loại nhựa, với các thay đổi thể hiện ở hộp thoại

(hình 4.8)

Shrink by Demension: Lệnh này thường ít được sử

dụng do yêu cầu về thời gian, nó sử dụng kích thước

được tạo lên từ các khối sau đó tính hệ số co rút Hình 4.35: Hệ số co

0,007 để phòng ngừa khi sự co rút đạt maximum chọn Done/ Return để chấp nhận

với lệnh vừa thực hiện và tiếp tục tiến hành các bước phân khuôn

4.1.5 Tạo mặt phân khuôn kiểu Parting Surface

Có nhiều cách tạo mặt phân khuôn nhưng do mặt phân khuôn của chi tiết ở dạng2D phức tạp với nhiều lồng khuôn nên không thể tạo mặt phân khuôn tự động màphải tiến hành phân khuôn theo các bề mặt tự tạo ra

Vào Parting Surface trên thanh Mold tạo mặt phân khuôn kiểu Fill, chọn bề mặt

cần phân khuôn, để tạo được mặt phân khuôn thì trong quá trình tạo mặt phânkhuôn cần đặt biệt lưu ý là bề mặt phân khuôn phải kín do đó phải chọn được mặt

phẳng tham chiếu chính xác, dùng lệnh Project + Chain để giới hạn các lỗ, rãnh

của chi tiết theo chuỗi Mỗi lần tạo một mặt phân khuôn thì qui trình trên được lặp

lại một lần Qua 2 lần phân khuôn thu được kết quả (hình 4.9).

Hình 4.37: Tạo mặt phân khuôn.

Hình 4.38: Góc rút khuôn.

4.1.7 Tạo đường giải nhiệt

Tạo đường giải nhiệt với lệnh Water Line thay đổi với

kích thước tiêu chuẩn (8 mm) sau đó chọn mặt phẳng để

đặt lệnh vẽ, thông thường đường giải nhiệt nằm giữa phôi

nên chọn lệnh Plane (hình 4.14) để tạo mặt phẳng phụ, sử

dụng lệnh Line để vẽ các đường ống dẫn Thu được kết

quả như (hình 4.12)

Hình 4.39: Datum Plane.

Hình 4.40: Tạo đường giải nhiệt.

4.1.8 Tạo kênh dẫn (Runner) và cổng phun (Gate)

Dùng lệnh Runner lúc này phần mềm đưa ra tùy chọn

về hình dáng kênh dẫn, với nhiều loại kênh dẫn nhưng

chọn Round vì hiệu suất cao nhất nhập kích thước kênh

dẫn mong muốn (5 mm), vẽ kênh dẫn với lệnh Line.

Đối với cổng phun thì khi tạo vẫn sử dụng lệnh Runner

nhưng cần chú ý kích thước của cổng phun nên nhỏ hơn

kích thước của kênh dẫn với kết quả thể hiện ở (hình

4.13)

4.1.9 Tạo cuống phun

Việc tạo cuống phun sẽ không được sự hỗ trợ của phần mềm, nhưng người dùng

có thể tự vẽ 1 nửa cuống phun ở mặt phẳng 2D sau đó dùng lệnh Revolve ở thanh công cụ Model, kết quả (hình 4.13).

Hình 4.41:Tạo rãnh dẫn và cổng phun.

4.1.10 Tách các nửa khuôn.

Sau khi đã tạo được mặt phân khuôn và các hệ thống ống dẫn như mong muốn thì

tiến hành tách các nửa khuôn, bằng lệnh Refpart Cutout trên thanh Mold (Insert Items) chọn đầy đủ các Cavity bằng cách nhấn giữ Ctrl thì lúc này tất cả các cavity

đã được hóa rắn

- Tiếp theo với lệnh Volume Split chọn các bề mặt phân

khuôn được tạo ra như hướng dẫn ở mục 4.2.2 và cũng

đồng thời nhấn giữ Ctrl để chọn được 3 mặt với lệnh

Mold Component ở đây với ý nghĩa như xác nhận các

đối tượng được thực hiện lệnh

- Sau khi thực hiện lệnh Volume Split để tách mặt phân khuôn thì để dễ dàng trong việc quan sát ta vào thanh công cụ View (Edit Position) nhấn vào các

mặt phẳng thì được (hình 4.14) (mũi tên màu vàng để kéo đối tượng ra khỏikhuôn (hình 4.15)

Hình 4.42: Các hướng rút khuôn.

Hình 4.43: Khuôn sau khi tách.