Nghiên cứu thiết kế tham số cho khuôn cắt đột

- Tiêu chuẩn hóa kết cấu vỏ khuôn cắt đột và tham số hóa thiết kế trên phần mềm Unigraphic NX 10.0 để phục vụ sản xuất thực tế tại công ty học viên đang công tác.. Dàn ý nội dung MỤC T

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS LƯU ĐỨC BÌNH

Phản biện 1: TS LÊ HOÀI NAM

Phản biện 2: PGS TS PHẠM ĐĂNG PHƯỚC

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 12 tháng 10 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách

- Cần phải nghiên cứu phương pháp thiết kế nhanh và tiêu chuẩn hóa kết cấu vỏ khuôn cắt đột để giảm thời gian thiết kế, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao sức cạnh tranh và đáp ứng tốt kế hoạch sản xuất của công ty

- Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứ u ứ ng dụng thiết kế tham số khuôn cắt đột” làm luận văn tốt nghiệp

II Mục tiêu nghiên cứ u

- Hoàn thiện được một bộ vỏ khuôn tham số kích thước theo kích thước của sản phẩm cắt đột

- Giảm 1/3 thời gian cần thiết để thiết kế khuôn cắt đột tại công ty ứng dụng kết quả nghiên cứu

- Tiêu chuẩn hóa kết cấu vỏ khuôn cắt đột và tham số hóa thiết kế trên phần mềm Unigraphic NX 10.0 để phục vụ sản xuất thực tế tại công ty học viên đang công tác

III Đối tư ợng và phạm vi nghiên cứ u

1 Đối tư ợng nghiên cứ u

- Nghiên cứu về biến dạng dẻo kim loại

- Công nghệ thiết kế khuôn đột dập

- Công nghệ thiết kế sử dụng phần mềm

2 Phạm vi nghiên cứ u

- Nghiên cứu thiết kế khuôn cắt đột

- Nghiên cứu tính năng tham số hóa (công cụ Expression) trên phần mềm Unigraphic NX 10.0

IV Phư ơng pháp nghiên cứ u

3 Phư ơng pháp nghiên cứ u lý thuyết:

- Nghiên cứu quá trình gây biến dạng đứt gãy kim loại bằng gia công áp lực

4 Phư ơng pháp nghiên cứ u thự c nghiệm:

- Thống kê tất cả các trường hợp kết cấu khuôn cắt đột

- Tiêu chuẩn hóa các kích thước theo công thức thực nghiệm

5 Phư ơng pháp nghiên cứ u ứ ng dụng:

- Nghiên cứu ứng dụng các tính năng: tham số hóa (công cụ Expression), xây dựng các công cụ mở rộng (công cụ Journaling, Macro trên Unigraphic NX 10.0 và VBA trên Microsoft Excel) để sử dụng các điều kiện tham số đã xây dựng và thiết kế, tự động trích xuất định mức vật

tư, bản vẽ sản xuất

V Ý nghĩa thực tiễn

- Tìm ra phương pháp thiết kế nhanh khuôn cắt đột, xuất bản vẽ, bóc tách khối lượng, định mức vật tư nhanh chóng và phù hợp với đặc thù của công ty, cắt giảm được lãng phí trong quá trình thực hiện Nâng cao tính

tự động hóa trong khâu thiết kế

- Ứng dụng tính năng tham số hóa trên phần mềm Unigrapic NX

VI Dự kiến kết quả đạt đư ợc

- 01 bộ dữ liệu thiết kế tham số vỏ khuôn cắt đột trên phần mềm Unigraphic NX 10.0

- 01 Hướng dẫn sử dụng File thiết kế tham số

- Áp dụng được vào thực tế sản xuất tại công ty đang công tác, cắt giảm 1/3 thời gian thiết kế khuôn cắt đột

XII Dàn ý nội dung

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Chư ơng 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Chư ơng 2: XÂY DỰNG THIẾT KẾ THAM SỐ 3D KẾT CẤU KHUÔN CẮT ĐỘT TRÊN PHẦN MỀM UNIGRAPHIC NX 10.0 Chư ơng 3: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP XUẤT BẢN VẼ 2D, BÓC TÁCH KHỐI LƯỢNG VÀ ĐỊNH MỨC VẬT TƯ TỰ ĐỘNG Chư ơng 4: ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM VÀO SẢN XUẤT THỰC

TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về khuôn cắt đột và thiết kế kết cấu khuôn cắt đột

1.1.1 Tổng quan về khuôn cắt đột

1.1.1.1 Định nghĩa và ứng dụng của khuôn cắt đột

Khuôn cắt đột là dụng cụ để gia công cắt chi tiết kim loại tấm bằng

áp lực trên các thiết bị gia công áp lực: Máy dập thủy lực, máy dập cơ khí trục khuỷu,… để tạo ra những chi tiết phôi phẳng với biên dạng theo yêu cầu với độ chính xác cao và nhanh chóng

Hình 1.1: Các chi tiết ứng dụng cắt bằng khuôn

1.1.1.2 Phân loại khuôn cắt đột

Tùy theo kích thước biên dạng và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết mà người ta phân loại các khuôn cắt đột khác nhau, thông thường như sau:

Theo phương pháp cấp phôi đầu vào: Khuôn cắt đột băng phôi

xả cuộn tự động, khuôn cắt đột băng phôi cấp bằng tay

Theo biên dạng và thứ tự: Khuôn cắt biên dạng, khuôn đột lỗ,

khuôn cắt góc, khuôn cắt trích, khuôn cắt biên dạng – đột lỗ tích hợp,

…

Theo vật liệu chi tiết cắt đột: Khuôn cắt đột vật liệu kim loại

màu, vật liệu thép, vật liệu nhựa, …

1.1.1.3 Thiết kế kết cấu khuôn cắt đột:

Khi thiết kế khuôn cắt đột, thông tin đầu vào bao gồm: quy cách, cơ tính vật liệu sản phẩm, sản lượng, yêu cầu kỹ thuật chi tiết Từ các thông tin này thông qua các bài toán tính toán về lực dập, lực kẹp phôi, chọn thiết bị máy dập, chiều cao tổng thể khuôn, … các kỹ sư thiết kế mới lên mô hình 2D tổng thể về khuôn và bắt đầu triển khai hoàn thiện từng chi tiết trong khuôn Quá trình này có sử dụng các vật tư đã tiêu chuẩn kích thước và các tiêu chuẩn thiết kế

Quy trình thiết kế khuôn cắt đột được thể hiện theo lưu đồ sau:

Hình 1.2: Quy trình thiết kế khuôn

1.2 Tổng quan về vấn đề và lợi ích của việc thiết kế tham

số nói chung và thiết kế tham số khuôn cắt đột nói riêng:

1.2.1 Định nghĩa về thiết kế tham số

Tham số là phần hằng số hay giá trị không đổi trong một phương trình,

có tá dụng cụ thể hóa mối quan hệ chính xác giữa các biến số

Ban hành(+)

Tiếp nhận kế hoạchThiết kế sản phẩm

(-) Duyệt thiết kế

Sản phẩm

Thiết kế sơ bộ khuôn, ĐMVT

(-)

Thiết kế chi tiết, xuất bản vẽ

Duyệt thiết kế chi tiết

Duyệt thiết kế sơ bộ

(+) (-)

(+)

Ví dụ trong phương trình tiêu dùng: C = C* + cY, trong đó C* và c là các tham số tham gia quyết định mối liên hệ giữa biến độc lập C và biến phụ thuộc Y Phương trình chỉ được xác định khi chúng ta biết hết các tham số của nó

Tham số trong thiết kế

- Thiết kế tham số là một quá trình dựa trên tư duy thuật toán cho phép

biểu hiện các tham số và quy tắc, cùng nhau, xác định, mã hóa và làm

rõ mối quan hệ giữa ý định thiết kế và quá trình thiết kế

- Mô hình tham số là một quá trình mô hình hóa với khả năng thay đổi hình dạng của mô hình ngay khi giá trị kích thước được sửa đổi

1.2.2 Lợi ích trong thiết kế tham số khuôn cắt đột

- Giảm thời gian thiết kế Giảm sai sót trong quá trình triển khai thiết kế chi tiết

- Tiêu chuẩn hóa được kết cấu, không phụ thuộc vào tay nghề kỹ sư

- Tạo nền tảng thuận lợi cho gia công chế tạo và tồn kho vật tư

- Đáp ứng hiệu quả sản xuất kinh doanh trong thời gian ngắn

1.2.3 Giới hạn tham số khuôn cắt đột ở mức độ đề tài:

Để thuận lợi cho kết quả thực hiện đề tài và có hướng phát triển cho đề tài cũng như hạn chế phát sinh các yếu tố làm bài toán trở nên phức tạp, vấn đề tham số được giới hạn lại trong phạm vi:

- Khuôn cắt biên dạng (một bước)

Hình 1.3: Mô tả khuôn cắt đột 1 bước

- Khuôn đột lỗ cắt hình tích hợp (03 bước) (cắt đột liên hợp)

Chi tiết điển hình đột lỗ cắt biên dạng

Hình 1.4: Mô tả trường hợp khuôn cắt đột 3 bước

2

Xử lý theo biên dạng

chi tiết thực tế Không

Xử lý theo biên dạng là hình chữ nhữ ngoại tiếp biên dạng chi tiết

3 Thiết kế bố trí

layout băng phôi Có

Cơ bản thiết kế được băng phôi

4

Lựa chọn thiết bị, đề

xuất vật tư tiêu

Tự động đề xuất giá trị thiết

bị, vật tư tiêu chuẩn dựa và

cơ sở dữ liệu và điều kiện

Chương 2: XÂY DỰNG THIẾT KẾ THAM SỐ 3D KẾT CẤU KHUÔN CẮT ĐỘT TRÊN PHẦN MỀM UNIGRAPHIC NX 10.0 2.1 Tìm hiểu tổng quan về phần mềm Unigraphic NX 10.0

NX là một trong những phần mềm nổi tiếng nhất hiện nay trong lĩnh vực thiết kế CAD, mô phỏng CAE và tạo chương trình gia công CAM cho máy CNC – cung cấp giải pháp tổng thể CAD/CAM/CAE/PLM, tạo khả năng liên kết linh hoạt giữa các khâu trong quá trình sản xuất từ thiết kế CAD, phân tích CAE và mô phỏng gia công CAM

Trong giới hạn nội dung chương 2, việc ứng dụng phần mềm Unigraphic

NX chỉ đề cập tới module Modeling và module Drafting Drawing cùng các công cụ: Expression, Suppress Expression, Journaling và Macro Recorder trong phiên bản 10.0 được phát hành năm 2014

2.1.1 Module Modeling

Các công cụ trong module modeling bao gồm:

1 Feature: Bao gồm các lệnh hỗ trợ cho tạo khối

2 Direct Sketch: Vẽ phác thảo trên mặt phẳng:

3 Synchronous Modeling: Bộ công cụ giúp hiệu chỉnh, thay đổi kích

thước, kết cấu body…từ các file định dạng step, iges…

4 Surface: Tạo mô hình 3D với các mặt cong quy tắc hoặc bất quy tắc

thông qua các công cụ về bề mặt một cách linh hoạt

2.1.2 Module Drafting Drawing:

NX draft cung cấp công nghệ đồng bộ cho 2D, một tính năng nâng cao giúp đẩy mạnh việc chỉnh sửa dữ liệu CAD 2D – kể cả các tệp tin từ các hệ thống khác Module gồm có những nhóm công cụ sau:

View: Tạo hướng nhìn từ vật thể 3D, cập nhật dữ liệu khi mô hình 3D

Table: Bộ công cụ giúp tạo, chỉnh sửa các bảng công nghệ trên bản vẽ:

Bảng tọa độ lỗ, bảng BOM, bảng yêu cầu kỹ thuật khác, …

2.1.3 Công cụ Expression, Suppress by Expression và ứng dụng trong thiết kế tham số:

Expression là công cụ quản lý tất các các biến, giá trình và các mối

quan hệ về kích thước trong NX, khi có một đối tượng phát sinh trong

môi trường modeling thì trong expression xuất hiện một biến/ hằng số bắt đầu bằng tiền tố p<x> - với x là số thứ tự tăng dần trong quá trình phát sinh mối quan hệ kích thước - để quy định kích thước chođối tượng phát sinh đó

Suppress by Expression: là công cụ ẩn/ hiện đối tượng theo tham số,

điều kiện Công cụ này được sử dụng để thay đổi phần tử chi tiết trong đối tượng tùy theo định nghĩa về điều kiện đầu vào

Ứng dụng tham số: Áp dụng Expression và Suppress by Expression dễ

dàng có thể định nghĩa được giá trị của các biến kích thước của một thiết kế dễ dàng thông qua các thuật toán, các hàm logics Đây là điều kiện tiên quyết để xây dựng cấu hình thiết kế tham số dựa trên các tiêu chuẩn được đề xuất ở chương 2

2.1.4 Công cụ Macro và Journal trong phần mềm Unigraphic NX 10.0 và ứng dụng:

Công cụ Macro: Macro là một tệp lưu trữ một loạt các hướng dẫn mô

tả sự tương tác của người dùng với bàn phím và chuột trong một phiên làm việc với NX Bất kỳ chuỗi các hoạt động đầu vào tương tác nào cũng có thể được lưu vào một tệp macro, và sau đó chỉ cần lặp lại bằng cách thực hiện nó Macro rất hữu ích để thực hiện các tác vụ ngắn, lặp

đi lặp lại và có thể được điều chỉnh phù hợp với môi trường làm việc Tuy nhiên, do tính chất đơn giản về mặt cú pháp và ngôn ngữ, người dùng khó chỉnh sửa chương trình để cải tiến, xử lý lỗi nếu xảy ra Cũng như không nâng cấp được thông qua các thư viện API Thay vào đó, trong NX có bộ công cụ Journal Editor đảm nhận công việc này với ngôn ngữ viết cao hơn, thư viên hỗ trợ nhiều hơn, giúp người dùng sáng tạo theo ý muốn

Journal:

Journal là một công cụ tự động hóa nhanh, ghi lại, sửa đổi và chạy lại các phiên làm việc với NX (các thao tác, click chuột) Về tính năng, Journal giống macro, tuy nhiên, nhờ có sự tích hợp dựa trên các thư viện API và ngôn ngữ lập trình phỗ biến

Công cụ Journal có thể tăng năng suất thiết kế thông qua nhiều tình huống như tự động hóa các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, tự động hóa các hoạt động thủ tục, nhanh chóng tạo ra tự kiểm tra và cũng cho phép tạo ra các chương trình tự động hóa tiên tiến hơn

Ngôn ngữ lập trình - Tùy thuộc vào nhu cầu của bạn, Journal có thể được viết bằng một trong một số ngôn ngữ lập trình được hỗ trợ

Ứng dụng:

2.1.5 Tìm hiểu tổng quan về ngôn ngữ lập trình Visual Basic ứng dụng trên phần mềm NX :

Visual Basic (viết tắt VB) là một ngôn ngữ lập trình hướng sự

kiện (event-driven) và môi trường phát triển tích hợp (IDE) kết bó Quá trình phát triển – lập trình: quá trình này được hiểu nôm na là

cách thức để lập trình tương tác với máy hoàn thiện mã nguồn (source code) có đuôi mở rộng là “.vb” sau đó được biên dịch bằng một

chương trình khác để tạo ra các “Object core” với các ngôn ngữ mà máy tính có thể hiểu được Thương thì các Object core này là các tệp

có phần mở rộng là exe hoặc dll (thư viện)

Hình 2.1 : Quy trình phát triển lập trình

Cấu trúc chương trình VB bắt buộc phải có :

Option statements Tùy

Imports statements Thư viện sử dụng trọng chương

trình The Main procedure Chương trình chính

Class và Module

elements

Các chương trình con

Bảng 2.2: Cấu trúc chương trình VB trên NX

Các kiểu đối tượng và kiểu biến liên quan trong phần mềm NX

Hình 2.2: Các kiểu đối tượng và biến trong phần mềm NX

2.2 Tổng quan kết cấu khuôn cắt đột:

Hình 2.3: Kết cấu khuôn cắt đột

STT Tên chi tiết Vật liệu Nhiệt luyện

02 Tấm chống lún S50C/ S55C Có

03 Tấm giữ chân chày C45 Không

04 Chốt dẫn hướng Tiêu chuẩn MISUMI

05 Bulong có vai Tiêu chuẩn MISUMI

07 Bạc dẫn hướng Tiêu chuẩn MISUMI

11 Phôi Tùy theo yêu cầu đơn hàng

Bảng 2.4: Quy định vật liệu các tấm kết cấu khuôn cắt đột

2.3 Xây dựng dữ liệu kết cấu khuôn trên phần mềm Microsoft Excel

2.3.1 Phân nhóm đối tượng dữ liệu liên quan tới kết cấu khuôn và điều kiện

quan hệ giữa các đối tượng, tổ chức trên excel

Để xây dựng dữ liệu trên phần mềm Excel dễ dàng và khoa học thì công việc phân nhóm dữ liệu rất quan trọng, nó quyết định thiếu đủ các biến

tham số để tạo nên mô hình 3D khuôn cắt đột hoàn thiện Việc phân nhóm được thể hiện tại Phụ lục I của luận văn này

2.3.2 Thực hiện xử lý và tổ chức dữ liệu trên tệp Excel

Quá trình xử lý dữ liệu trên Excel được thực hiện đồng thời với từng tham số trên từng chi tiết kết cấu của khuôn, được thể hiện cụ thể cho từng tấm bên dưới

2.4 Thiết kế tham số khuôn cắt đột trên NX

Trong môi trường NX, việc xây dựng mô hình tham số được thực hiện bằng các bước sau:

Bước 1: Chuẩn bị thư mục

- Vào cửa sổ Explore của Window ở ổ đĩa dữ liệu khác ổ đĩa hệ thống C:, tạo mới folder, đặt tên là TKTS Copy file excel thiết lập ở phần trên vào thư mục này với tên trùng tên thư mục là TKTS.xlsx

- Khởi động phần mềm NX và tạo mới Model trong môi trường Modeling với các thông số:Name: TKTS.part - Folder: Dẫn link tới folder vừa tạo bên trên

Bước 2: Bật công cụ Expression Tool và thiết lập biến tham số tương

ứng với dữ liệu trên Excel với giá trị là liên kết các giá trị từ Excel sang Expression Tool bằng hàm read_ug_cell(“đường dẫn:”) Xây dựng điều kiện cho các biến tham số nhiều yếu tố tác động:

Lệnh: Menu  Tool  Expression Tool (Ctrl+E)

Các hàm sử dụng trong việc tạo biến tham số:

- Hàm đọc ô dữ liệu từ file excel : ug_cell_read(“Đường dẫn tới file excel”, “Ô dữ liệu”)

Ví dụ: CON1=ug_cell_read(“D:\00.TKTS\TKTS.xlsx”, “L14”)

- Hàm điều kiện trong Expression và cú pháp:

if (điều kiện) then (giá trị đúng) else (giá trị sai) /else if (điều kiện) then (giá trị đúng) else (giá trị sai)

Bước 3: Xác định các mặt phẳng tham chiếu cho các chi tiết lắp ghép

kết cấu khuôn và hướng tạo khối

Giả sử khuôn ở trạng thái nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới tiếp xúc nhau (mặt tiếp xúc là mặt cối và mặt tấm kẹp phôi)

Bảng 2.6: Giá trị tham số offset theo phương Z các mặt phẳng

Bước 4: Tham số cho các đối tượng theo thứ tự: Tham số Sketch

(phác thảo) 2D, Tham số kích thước đùn khối, tham số các đối tượng trên các tấm: lỗ bulong, lỗ định vị, … và tham số đối tượng có điều kiện

- Tạo mới chi tiết trong môi trường Modeling:Tại Tab Home trên phần mềm NX, chọn Add  Create New

Chọn đối tượng là Model và đăt tên, chọn thư mục lưu và nhấp OK để hoàn thành

- Tham số skctch 2D: Ở môi trường modeling, tại tab Home, chọn

Sketch

Tiếp theo chọn mặt phẳng bắt đầu như nội dung bảng 2.6 là Oxy với gốc tọa độ (Sketch Orgin) là điểm O (0,0,0) với Oxyz là hệ tọa độ tuyệt đối