MỤC LỤC

MỤC LỤC….1

LỜI NÓI ĐẦU.. 3

Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ KHUÔN.. 5

I-Tổng quan về khuôn. 5

1.1- Thực trạng khuôn mẫu trên thế giới 5

1.2-Thực trạng khuôn mẫu ở Việt Nam.. 6

II- Các vấn đề cơ bản trong thiết kế khuôn mẫu. 7

2.1-Vật liệu chất dẻo. 7

2.1.1-Chất dẻo. 7

2.1.2-Polyme. 7

2.1.3-Tính chất, đặc điểm và ứng dụng của chất dẻo. 8

2.2-Cơ sở thiết kế khuôn. 9

2.2.1-  Khái niệm về khuôn. 9

2.2.2- Các bộ phận cơ bản của khuôn. 11

2.2.3- Yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép nhựa. 13

2.2.4- Một số hệ thống quan trọng của khuôn. 14

2.2.5-  Vật liệu làm khuôn. 21

2.2.6- Phương pháp thiết kế khuôn. 22

2.2.7- Máy ép phun. 24

Chương 2. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC.. 26

I-Giới thiệu chung về kỹ thuật CAD/CAM... 26

1.1- Ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực cơ khí 26

1.2- Giới thiệu chung về CAD/CAM-CNC.. 26

1.2.1- Giới thiệu chung về CAD.. 28

1.2.2- Giới thiệu chung  về CAM... 29

1.2.3- Giới thiệu chung về CNC.. 30

II- Nghiên cứu phần mềm CAD/CAM CATIA V5R21. 33

2.1- Giới thiệu về phần mềm CATIA V5R21. 33

2.2- Hướng dẫn sử dụng phần mềm CATIA V5R21 trong thiết kế khuôn. 53

2.3-Hướng dẫn sử dụng phần mềm CATIAV5R21 trong quá trình gia công. 62

Chương 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA V5R21 ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM VÀ KHUÔN ÉP PHUN SẢN PHẨM NHỰA.. 72

I- Tính toán thiết kế khuôn. 72

II- Ứng dụng phần mềm CATIA V5R21 để xây dựng mô hình sản phẩm... 77

III-  Ứng dụng phần mềm CATIA V5R21 để thiết kế khuôn. 85

Chương 4. THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG LÒNG KHUÔN VÀ LÕI KHUÔN CÓ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC.. 97

I- Quy trình công nghệ gia công tấm áo và tấm lòng khuôn tĩnh. 97

1.1- Phân tích chức năng làm việc, tính công nghệ của chi tiết, xác định dạng sản xuất và phương pháp chế tạo phôi 97

1.2-Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 98

II- Quy trình công nghệ gia công tấm áo và lõi khuôn động. 128

2.1- Phân tích chức năng làm việc, tính công nghệ của chi tiết, xác định dạng sản xuất và phương pháp chế tạo phôi 130

2.2- Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 130

III- Tính toán thiết kế đồ gá gia công cơ. 156

3.1- Thiết kế đồ gá phay. 156

3.2- Thiết kế đồ gá khoan. 163

KẾT LUẬN.. 156

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 171

LỜI NÓI ĐẦU

   Ngày nay sản phẩm nhựa đã chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vật liệu nhựa ngày càng có những tính chất ưu việt như về chất lượng và độ bền... Trong kho đó các vật liệu tự nhiên hay vật liệu kim loại tổng hợp không thể đáp ứng được một số yêu cầu với những tính năng đặc biệt, vượt trội về độ bền, nhẹ, dẻo dai và giá thành. Vì vậy ngành công nghiệp nhựa đã phát triển rất nhanh chóng trong thời gian qua, kéo theo đó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo cac sản phẩm từ nhựa phát triển theo, đặc biệt trong đó phải kể đến ngành công nghiệp chế tạo khuôn ép phun cho sản phẩm nhựa ra đời và cho ra vô số sản phẩm với đủ kiểu dáng, chủng loại phục vụ cho đời sống của con người.

   Hiện nay nhờ sự phát triển của các kỹ thuật thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD), chế tạo có sự trợ giúp của máy tính (CAM) và các máy gia công CNC, tia lửa điện EDM … thì việc thiết kế và chế tạo lòng khuôn đã đơn giản hơn nhiều, rút ngắn được thời gian sản xuất, đảm bảo độ chính xác gia công về hình dáng, kích thước, độ chính xác tương quan.

   Ở nước ta việc sản xuất các sản phẩm từ nhựa phục vụ cho đời sống cũng như trong kỹ thuật đang được phát triển rất mạnh mẽ, số lượng các cơ sở sản xuất ứng dụng phương pháp gia công mới ngày càng nhiều.

   Xuất phát từ thực tế đó, chúng em đã chọn đề tài: “Thiết kế khuôn ép phun cho sản phẩm nhựa với ứng dụng phần mềm CATIA và công nghệ CAD/CAM-CNC.” làm đồ án tốt nghiệp. Sau một thời gian tìm hiểu thực tế và nghiên cứu tài liệu, được sự hướng dẫn tận tình của thầy: TS……………., và sự lỗ lực của bản thân, chúng em đã hoàn thành đồ án với đầy đủ nội dung của đề tài.

Đồ án của chúng em bao gồm 4 chương chính:

Chương 1:  Cơ sở thiết kế khuôn

Chương 2:  Nghiên cứu công nghệ CAD/CAM-CNC

Chương 3: Ứng dụng phần mềm Catia V5R21 để xây dựng mô hình sản phẩm và thiết kế khuôn

Chương 4: Thiết kế quy trình công nghệ gia công lòng khuôn và lõi khuôn có ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC

   Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, động viên và góp ý. Trước hết chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy: TS…………….,  đã chỉ bảo tận tình trong suốt thời gian chúng em thực hiện đồ án và tạo điều kiện cho chúng em có cơ hội được làm thực tế góp phần củng cố thêm những kiến thức đã thu được trong thời gian học tập.

   Mặc dù đã có cố gắng, nhưng do thời gian và kinh nghiêm thực tế thiết kế của bản thân còn hạn chế cho nên chắc chắn đồ án sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót. Vì vậy, chúng em rất mong sẽ được các thầy, cô quan tâm và giúp đỡ để đồ án này được hoàn thiện hơn.

   Em xin chân thành cảm ơn!

                                                         Hà Nội, ngày….tháng….năm 20…

                                                   Sinh viên thực hiện

                                                 ……………..

Chương 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ KHUÔN

I- Tổng quan về khuôn

1.1- Thực trạng khuôn mẫu trên thế giới

Trên thế giới, cuộc cách mạng về máy tính điện tử có tác động lớn và nền sản xuất công nghiệp. Đặc biệt trong ngành khuôn mẫu hiện đại, công nghệ thông tin (CNTT) đã được ứng dụng rộng rãi, để nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang kiểu sản xuất công nghệ cao. Nhờ đó, các giai đoạn thiết kế và chế tạo khuôn mẫu từng bước được tự động hóa (CAD/CAM-trong đó CAD là thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử, CAM là sản xuất có sự trợ giúp của máy tính điện tử còn gọi là gia công điều khiển số).

Các nước có nền sản xuất công nghiệp tiên tiến như: Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc…. đã hình thành mô hình liên kết tổ hợp để sản xuất khuôn mẫu chất lượng cao, cho từng lĩnh vực khác nhau :

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

- Chuyên thiết kế chế tạo các cụm chi tiết tiêu chuẩn phục vụ chế tạo khuôn mẫu như: Các bộ đế khuôn tiêu chuẩn, các khối khuôn tiêu chuẩn, trục dẫn hướng, lò xo, cao su ép nhăn, các cơ cấu cấp phôi tự động…

1.2- Thực trạng khuôn mẫu ở Việt Nam

Tại Việt Nam do hạn chế về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp hiện chỉ đáp ứng được một phần sản xuất khuôn mẫu phục vụ cho chế tạo các sản phẩm cơ khí tiêu dùng và một phần cho các công ty liên doanh nước ngoài. Với những sản phẩn có yêu cầu kỹ thuật cao (máy giặt, tủ lạnh, ô tô, xe máy…) hầu hết phải nhập bán thành phẩm hoặc nhập khuôn. Một trong những nguyên nhân cần được đề cập đến là các doanh nghiệp sản xuất khuôn mẫu trong nước hiện đang đa phần hoạt động trong tình trạng tự khép kín, chưa có sự phối hợp, liên kết với nhau để đi vào thiết kế  và sản xuất chuyên sâu một hoặc một số mặt hàng tương tự; trang thiết bị ở hầu hết các cơ sở thuộc trình độ công nghệ thấp; hoặc có nơi đã đầu tu thiết bị công nghệ cao nhưng sự đầu tư lại trùng lặp do chưa có sự hợp tác giữa các doanh nghiệp trong sản xuất. Bên cạnh đó nguồn nhân lực thiết kế chế tạo và chuyển giao công nghệ cũng bị phân tán. 

II- Các vấn đề cơ bản trong thiết kế khuôn mẫu

2.1- Vật liệu chất dẻo

2.1.1- Chất dẻo

Chất dẻo là một loại vật liệu hỗn hợp được tạo thành từ các polymer cùng với các loại chất phụ gia phù hợp với mục đích sử dụng như:

Chất độn, chất gia cường, chất ổn định, chất bôi trơn, chất hóa dẻo, chất chống tĩnh điện, chất tạo màu.

Chất dẻo còn có tên gọi rất phổ biến ở nước ta là nhựa. Trong đó: Vật liệu polymer chiếm tỷ lệ lớn; vật liệu gia cường dùng để làm tăng một số tính chất cơ lý và tiết kiệm polymer chiếm từ 20-30% đối với nhựa nhiệt dẻo và từ 30-60% đối với nhựa nhiệt rắn; các chất phụ gia cần thiết chiếm từ 5-6% bao gồm: chất ổn định, chất bôi trơn.

2.1.1- Polyme

Polymer là hợp chất hữu cơ mà được hình thành do sự liên kết hóa học bền vững giữa các đơn vị polymer với công thức phân tử hoàn toàn giống nhau. Các đơn vị này nối với nhau thành một chuỗi dài (còn gọi là mạch) chứa hàng ngàn đơn vị nên phân tử polymer còn được gọi là cao phân tử.

Phân loại:

- Theo nguồn gốc có: polymer tự nhiên ,Polymer nhân tạo .

- Theo cấu trúc hình học có: Polymer mạch thẳng; polymer mạch nhánh.

- Theo ứng dụng có: Polymer thông dụng (như PP, PE, PMMA…); Polymer kỹ thuật (dùng để sản xuất các chi tiết khối kỹ thuật đòi hỏi tính chất cơ lý hóa cao như: PA, PC, PF…)

2.2- Cơ sở thiết kế khuôn

2.2.1- Khái niệm về khuôn.

Khuôn là một loại dụng cụ để định hình một sản phẩm nhựa, nó được thiết kế sao cho có thể sử dụng cho một số lượng chu trình yêu cầu.

 Kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào kích thước, hình dáng của sản phẩm.

- Thân khuôn: Nơi có bố trí lòng khuôn, than khuôn được chia làm hai nửa, một nửa tĩnh tại, một nửa di động.

- Đế khuôn: Để kẹp chặt khuôn vào bàn máy.

- Hệ thống cấp nhựa: Bao gồm cuống phun, kênh nhựa, cổng nhựa. Hệ thống đẩy sản phẩm: Chức năng của hệ thống này là lấy sản phẩm ra sau khi khuôn mở.

- Hệ thống làm nguội khuôn.

2.2.2- Các bộ phận cơ bản của khuôn

Khuôn gồm hai phần chính: Một phần là lõm và sẽ xác định hình dạng ngoài của sản phẩm được gọi là lòng khuôn, phần xác định hình dạng bên trong được gọi là lõi khuôn. Phần tiếp xúc giữa lòng khuôn và lõi khuôn được gọi là mặt phân khuôn.

Tên gọi và chức năng của các bộ phận trên hình vẽ:

1. Tấm kẹp phía trước: Kẹp tấm cố định của khuôn vào máy

2. Tấm khuôn trước: Là phần cố định của khuôn tạo thành phần trong và phần ngoài của sản phẩm

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

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

5. Sản phẩm

6. Bộ định vị: Đảm bảo cho sự 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 làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía sau để cho tấm đẩy hoạt động được.

2.2.4- Một số hệ thống quan trọng của khuôn

Khuôn thiết kế chế tạo nói chung có thể chia ra thành các bộ phận cơ bản như sau:

2.2.4.1- Hệ thống lòng khuôn

Đây là một hệ thống quan trọng nhất trong tất cả các hệ thống của khuôn. Nó không những trực tiếp tạo ra sản phẩm cần thiết mà còn trực tiếp quyết định hình dáng cũng như độ chính xác, chất lượng của sản phẩm. Hệ thống lòng khuôn có thể bao gồm như sau:

a. Lòng khuôn.

Các thông số chính của lòng khuôn bao gồm:

- Số lượng lòng khuôn:

Số lượng lòng khuôn ít hay nhiều tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước lòng khuôn, sản lượng hằng năm sản xuất sản phẩm và khối lượng của sản phẩm. Số lượng lòng khuôn có thể chọn hoặc do tính toán mà ra.

- Kích thước lòng khuôn:

Kích thước lòng khuôn thì cần phải tính toán dựa vào kích thước sản phẩm và độ co ngót của vật liệu sản phẩm (nhựa nhiệt dẻo). Nếu không tính toán đến độ co của nhựa thì khi khô lại sản phẩm sẽ bị hụt kích thước ảnh hưởng lớn đến độ chính xác.

b. Lõi khuôn: Các thông số của lõi khuôn phụ thuộc vào lòng khuôn. Tuy nhiên lõi khuôn ghép có thể dùng với lòng khuôn liền cũng được. Nếu vật liệu chế tạo lõi khuôn đòi hỏi cao về cơ tính và giá thành thì nên chế tạo lõi ghép. Kích thước của lõi cũng phụ thuộc vào độ co của vật liệu sản phẩm.

c. Lõi mặt bên: Đối với các chi tiết có độ phức tạp cao như thì khuôn thiết kế có lõi bên. Khi khuôn đã được thiết kế và đường phân khuôn đã cố định, thường có 1 số phần của sản phẩm không tháo ra được theo hướng mở của khuôn.

 2.2.4.2- Hệ thống cấp nhựa

Nguyên liệu nhựa chảy vào lòng khuôn qua hệ thống cấp nhựa là Cuống phun.

2.2.4.4- Một số hệ thống khác liên quan đến khuôn

a. Hệ thống dẫn hướng: Bao gồm có chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng. Chức năng chính của chốt dẫn hướng và bạc dẫn hướng là đưa khuôn sau vào khuôn trước và làm hai phần thẳng hàng.

- Chốt dẫn hướng.

Nguyên tắc đúng là chốt dẫn hướng phải dài hơn miếng ghép cao nhất để tránh hỏng hóc khi đóng khuôn đặc biệt là khi lắp ráp. Nếu không có gì cản trở chuyển động của sản phẩm thì tốt nhất là đặt chốt dẫn hướng ở khuôn sau. Vì lí do trên mà mà nhiều trường hợp phải cần chốt dẫn hướng dài.

- Vị trí của chốt bạc dẫn hướng.

Một bộ khuôn bình thường có 4 chốt dẫn hướng. Tuy nhiên với loại khuôn đơn giản thì 2 hoặc 3 chốt dẫn hướng cũng đủ.

c. Hệ thống làm nguội

Dựa vào sự tỏa nhiệt giữa nhựa nóng vào lòng khuôn và sự lấy nhiệt của nước làm mát để giảm nhiệt độ trong khuôn. Để làm nguội khuôn cần chế tạo các lỗ làm mát có chất lỏng chảy liên tục.

d. Hệ thống thoát khí

Trong quá trình tạo hình sản phẩm bằng phương pháp phun, khi đóng khuôn hoàn toàn thì vật liệu nóng chảy được phun vào khuôn. Nhưng khi đó lòng khuôn vẫn còn không khí, nên nếu không đẩy hết không khí ra ngoài thì không thể điền đầy vào lòng khuôn và sinh ra rỗ khí ở sản phẩm. Để tránh hiện tượng này phải đặt một rãnh sâu gọi là lỗ thoát khí ở bề mặt phân khuôn, khí trong khuôn sẽ dễ thoát ra. Trong trường hợp sản phẩm có vấu lồi và không thể đặt rãnh dẫn hơi thì có thể lợi dụng khe hở giữa chốt và lỗ chốt để làm lỗ thoát khí. 

2.2.6- Phương pháp thiết kế khuôn

Quá trình thiết kế cơ bản theo các bước sau:

- Bước 1: Vẽ mô hình sản phẩm

- Bước 2: Định vị trí đường phân khuôn, mặt phân khuôn

- Bước 3: Vị trí của miệng phun và chốt đẩy cho kênh nhựa

- Bước 4: Từ vị trí lòng khuôn đã cố định từ bước 1 thiết kế khuôn trước,    định vị trí của bạc cuống phun, và thiết kế vị trí khác của lòng khuôn liên quan đến bạc cuống phun.

- Bước 5: Xác định hình dạng ngoài của miếng ghép lòng khuôn.

- Bước 6: Thiết kế hệ thống làm nguội xung quanh miếng ghép.

- Bước 7: Bổ sung các chốt dẫn hướng, bộ phận kẹp khuôn, hoàn tất quá trình thiết kế khuôn trước.

2.2.7- Máy ép phun

2.2.7.1- Cấu tạo máy ép phun

Máy ép phun dùng để sản xuất các sản phẩm tạo hình, việc sản xuất chỉ có tính kinh tế khi hoạt động của máy được tự động hóa. Các rất nhiều loại đa dạng và phong phú. Tuy nhiên chúng đều có chung một nguyên lý cấu tạo và hoạt động.

2.2.7.2- Một số cụm chi tiết quan trọng trong máy ép phun

a. Cụm bơm nhựa : Hình 1.20 Cụm bơm nhựa:

Cấu tạo cụm bơm nhựa bao gồm: Phễu liệu, Xilanh piston hoặc xilanh trục vít, cụm gia nhiệt, vòi phun.

b. Cụm kẹp khuôn

Nhiệm vụ của cụm kẹp khuôn trên máy đúc phun là: dịch chuyển khuôn đúc, tạo ra lực đóng khuôn và giữ khuôn trong quá trình phun cho đến khi mở khuôn. Chuyển động ở cụm thiết bị này là chuyển động tịnh tiến.

d. Cụm khuôn

Cụm khuôn là cụm chi tiết để định hình sản phẩm. Khuôn được làm nguội bằng nước.Thiết kế khuôn dựa trên hình dạng, kích thước, độ chính xác của sản phẩm cũng như độ co ngót của vật liệu. Quy trình thiết kế phải chú ý đến khả năng công nghệ chế tạo ra nó.

Chương 2

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC

I- Giới thiệu chung về kỹ thuật CAD/CAM-CNC

I.1- Ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực cơ khí

Công nghệ thông tin (CNTT) đã và đang trở thành công cụ không thể thiếu và phục vụ cho mọi nghành nghề, lĩnh vực. CNTT đã thực sự thúc đẩy nghành công nghiệp cơ khí có những bước tiến vượt bậc, Nâng cao năng suất và chất lượng, độ chính xác, giảm thiểu chi phí. Đặc biệt, nhờ CNTT, khối lượng và chất lượng của các phát minh về cơ khí phục vụ cho mọi lĩnh vực sản xuất và đời sống cũng đã tăng lên, điều này thực sự khiến nghành cơ khí có những đóng góp to lớn và thiết thực hơn cho sự phát triển của toàn bộ nền kinh tế xã hội.

Trong lĩnh vực cơ Khí, CNTT được ứng dụng trong 4 giai đoạn chính của quá trình sản xuất - gia công gồm:

- Ứng dụng CNTT trong thiết kế cơ khí: Computer Aided Design (CAD).

- Ứng dụng CNTT trong tính toán và phân tích tối ưu: Computer Aided Engineering (CAE).

1.2- Giới thiệu chung về CAD/CAM-CNC

Thiết kế và chế tạo có sự tham gia của máy vi tính(CAD/CAM )thường được trình bày gắn liền với nhau. Hai lĩnh vực ứng dụng tin học trong ngành cơ khí chế tạo có nhiều điểm giống nhau bởi chúng đều dựa trên cùng các chi tiết cơ khí và sử dụng dữ liệu tin học chung: đó là các nguồn đồ thị hiển thị và dữ liệu quản lý.

Hai lĩnh vực hoạt động lớn này trong ngành chế tạo máy được thực hiện liên tiếp nhau và được phân biệt bởi kết quả của nó.

1.2.1- Giới thiệu chung về CAD

Trước đây công việc của các nhà thiết kế có thể được hình dung như sau: Ý  tưởng thiết kế bằng một mô hình ba chiều trên giấy, vẽ các bản vẽ kĩ thuật với các thông số ban đầu(thiết kế sơ bộ), tiến hành thiết kế thực sự trên bản vẽ kĩ thuật, bổ xung hiệu chỉnh các bản vẽ với các quy trình quy phạm…. Sản phẩm thiết kế thủ công như vậy sẽ không đủ bền hoặc quá thừa bền, cơ cấu có thể sẽ không hoạt động hoặc không đạt được các chỉ tiêu động học và động lực học đề ra, thậm chí kết cấu có thể sẽ làm việc trong miền cộng hưởng của nó…

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 và đánh giá kỹ thuật. Xây dựng bản vẽ kỹ thuật.

- Đối với pha khái niệm hóa thiết kế các công cụ CAD cần có là các kỹ thuật mô hình 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 mô phỏng chuyển động, lắp ráp và một số gói mô hình hóa khác.

1.2.2- Giới thiệu chung về CAM

CAM là công nghệ liên quan với việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các quá trình chế tạo. Một trong những lĩnh vực hoàn thiện nhất của 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…

Trên thế giới hiện có rất nhiều phần mềm CAM đơn lẻ hoặc dạng tích hợp CAD/CAM. Giá thành của các gói phần mềm này cũng khác biệt nhiều tùy thuộc tính năng của chúng. Các phần mềm CAM, CAD/CAM phổ biến ở Việt Nam hiện nay là MasterCAM, DelCAM SolidCAM, Pro/Engineer, Catia, Unigraphics, Cimatron, VISI-Series…

1.2.3- Giới thiệu chung về CNC

a. Công nghệ CNC

Khi gia công trên các máy công cụ thông thường, các bước gia công chi tiết do người thợ thực hiện bằng tay như: điều khiển số vòng quay, lượng chạy dao, chiều sâu cắt. Khi gia công trên máy điều khiển theo chương trình số, quá trình gia công được thực hiện một cách tự động.

Linh hoạt: Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy một chương trình gia công mới. Được kết nối với các phần mềm CAD/CAM, công nghệ CNC trở nên vô cùng linh hoạt giúp các doanh nghiệp thích ứng với các thay đổi nhanh chóng và liên tục về mẫu mã và chủng loại sản phẩm của khách hàng.

Và với rất nhiều ưu điểm khác nữa, máy CNC đang ngày được áp dụng nhiều trong gia công cơ khí đặcbiệt là những chi tiết khó gia công trên các máy công cụ cổ điển.

b. Máy CNC

Có rất nhiều kiểu máy CNC được sử dụng trong công nghiệp, đa số là trung tâm gia công CNC và máy tiện CNC. Tiếp sau là máy gia công tia lửa điện EDM, máy tạo hình và các máy có thiết kế đặc biệt.

Máy phay:

Máy phay là máy công cụ có khả năng chuyển động cắt đồng thời, sử dụng đầu phay làm dụng cụ cắt chính, dọc theo ít nhất hai trục trong cùng một thời điểm.

Máy phay có thể được chia làm ba nhóm chính:

- Theo số trục: Máy phay 3,4,5 trục.

- Theo hướng trục: Máy phay đứng hoặc máy phay ngang.

- Máy phay có hoặc không có bộ thay dao.

Máy tiện:

Máy tiện được dùng để gia công mặt trụ hoặc mặt côn. Chẳng hạn như trục, vòng chặn, bánh xe, lỗ ren…Máy tiện còn được dùng để gia công lỗ, cắt rãnh, cắt ren…nếu dùng dụng cụ thích hợp.

Gia công tiện được phổ biến được điều khiển bẳng hệ thống CNC sử dụng các máy trọng công nghiệp được gọi là trung tâm tiện CNC hoặc đơn giản là máy tiện CNC.

II- Nghiên cứu phần mềm CAD/CAM CATIA V5R21

2.1- Giới thiệu về phần mềm CATIA V5R21

2.1.1- Giới thiệu chung về phần mềm Catia V5R21

CATIA được viết tắt từ cụm từ (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application), có nghĩa trong tiếng việt là “ Xử lý tương tác trong không gian ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính”.

Catia là một bộ phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được hãng Dassault Systemes phát triển

Phần mềm Catia là một phần mềm hỗ trợ cho công việc thiết kế các chi tiết máy của người kỹ sư thiết kế. Ngoài ra, Catia còn cung cấp các chức năng lắp ghép các chi tiết máy rời rạc với nhau thành một cụm chi tiết, một cơ cấu máy, hay một máy cơ khí hoàn chỉnh. Và sau đó người sử dụng Catia có thể mô phỏng chuyển động của máy, cơ cấu máy đã lắp ráp một cách rất sinh động.

Phần CAM: (bao gồm các modul về phay và tiện, áp dụng các phương pháp phay tiên tiến nhất) Lathe Machining, Mill Machining...

* Kết luận: Đây là một phần mềm ứng dụng cho tất cả các ngành nghề nên việc nắm bắt hết nó tương đối khó khăn, nên tương ứng với mỗi ngành màchọn và sử dụng một cách phù hợp.

2.1.2- Bắt đầu với phần mềm Catia V5R21

a. Cách sử dụng chuột và các phím tắt:

- Cách sử dụng chuột:

+ Kích chuột trái: là chọn đối tượng

+ Giữ chuột trái: Cho phép kéo đối tượng

+ Kích chuột trái liên tiếp 2 lần lên đối tượng: Mở hộp thoại để hiệu chỉnh các thuộc tính của chi tiết.

+ Giữ chuột giữa: kích hoạt chức năng Pan

b. Các lệnh cơ bản trong Catia

Các lệnh trong sketch:

Môi trường làm việc trong sketch:

Insert/operation/ sẽ ra một số chức năng khác nhau của lệnh chúng ta có thể tạo ra những biên dạng nhanh chóng. Trong này có những thuộc tính như: bo cung (corner), vát góc (chamfer), cắt và quy đổi (Trim, Break, Quick trim, close, complement), các thuật toán nhân bản và dịch chuyển (Mirro, Symmetry, Translate, Rotate,Scale, offset), copy biên dạng 3D (Project 3D elements, Intersect elements, Project 3D Silhousette Edges)

2.2- Hướng dẫn sử dụng phần mềm CATIA V5R21 trong thiết kế khuôn

Các bước thiết kế khuôn trong Catia:

- B1 :  Vào môi trường thiết kế khuôn

- B2 : Gọi chi tiết sản phẩm

- B3 : Định nghĩa khuôn cơ sở

- B4 : Định vị khuôn

- B5 : Tách lõi khuôn và lòng khuôn

- B6 : Chèn các chốt dẫn hướng vào khuôn

- B7 : Tạo các vị trí cồng nhựa

- B8 : Tạo các kênh dẫn nhựa

- B9: Tạo kênh làm mát

- B10 : Lưu dữ liệu

- B11 : Chèn các chốt đẩy sản phầm vào khuôn

2.2.1- Vào môi trường thiết kế khuôn

Chọn Start->Mechanical Design->  Mold Tooling Design để mở workbench cần thiết.  

a. Gọi chi tiết sản phẩm

- Bước 1:Kích đúp chuột vào 'Product 2'trên cây thuyết minh để kích hoạt  Product2.

- Bước 2:Chọn Insert ->  Existing Component từ thanh main menu.

b. Định nghĩa khuôn cơ sở

- Bước 1:Chọn Insert ->MoldBase Component-> Mold Plates từ thanh Main menu hoặc click đúng vào biểu tượng "New Mold  " trên thanh công cụ. Một hộp thoại xuất hiện để định nghĩa các tham số của khuôn sẽ được tạo thành.

- Bước 2: Kích chuột vào biểu tượng catalog để mở trình duyệt catalog. Kích đúp chuột vào Dme để chọn phần mở rộng. Kích vào nút Table. Kéo xuống kiểu khuôn cần chọn sau đó nhấn OK

d. Tách lõi khuôn và lòng khuôn

Chọn lòng khuôn trên cây thuyết minh bằng cách kích chuột vào CavityPlate trong Injection Side (mặt trong) của khuôn.

Mở menu contexttual bằng cách bấm chuột phải và chọn CavityPlate.1 object/Split Component  .

e. Chèn các chốt dẫn hướng vào khuôn

Chèn 4 chốt dẫn hướng vào các điểm đã có trước. Kích chuột vào biểu tượng Add Leader Pin.Sử dụng phần tóm lược(Brower) để mở những tài liệu có liên quan và chọn phần cung cấp thêm Dme.

f. Tạo các vị trí cổng nhựa:

Tạo một cổng phân phối trên khuôn .

- Đặt mặt trong(Injection Side) vào chế độ không bật(Hide) và phải chắc chắn rằng MoldedPart ở chế độ bật(Show).

- Kích chuột vào OK để tạo thành cổng phân phối. Chú ý rằng GateBody đã được thêm vào MoldedPart trong cây thuyết minh

g. Tạo các kênh dẫn nhựa

- Kích đúp chuột vào MoldedPart trong cây thuyết minh.Kích chuột vào biểu tượng Sketcher và chọn mặt xy trong cây thuyết minh.

- Kích chuột vào biểu tượng Project 3D Elements và chọn cổng phân phối vừa tạo ra(hình vuông màu vàng).

h. Tạo kênh làm mát

- Kích đúp chuột vào CoreCooling(trong CoreCooling1). 

- Khởi động ứng dụng Wireframe and Surface Design để tạo một điểm  trên mặt làm mát (Cooling Plane).

2.3- Hướng dẫn sử dụng phần mềm CATIA V5R21 trong quá trình gia công

2.3.1- Part Operation

- Dùng để tạo một chu trình gia công trọng tiến trình sản xuất. Khi mở một NC Manufacturing Workbench trên một tài liệu CATPart hoặc CATProduct tài liệu gia công sẽ khởi động mới một phần chu trình gia công mặc định.

- Khi muốn tạo một Part Operation mới, hoặc khởi tạo NC từ Start và muốn nhập chi tiết mới vào gia công ta sẽ sử dụng lệnh Part Operation mới.

- Bước 1: Kích chuột vào biểu tượng Part Operation, một Part Operation mới được tạo ra trong Mannufacturing Process và một đối tượng Part Operation được thêm vào Tree. Để truy cập vào các thông số của Part Operation ta double-Click vào đối tượng Part Operation trên cây phả hệ hoặc trên menu ngữ cảnh. Hộp thoại Part Operation được mở ra

- Bước 2: Nếu cần có thể nhập tên của Part Operation vào ô Name và nhập Comment cho Part Operation.

- Bước 3: click vào Machine icon trên hộp thoại để thiết lập một máy công cụ cho Part Operation. Hộp thoại Machine Editor xuất hiện.

2.3.3- Thiết lập quá trình gia công trong Catalog

Vào theo đường dẫn sau:Start/ Infrastructure/ Catalog Editor Workbench

- Bước 1: Chọn Catalog Editor Workbench từ Start nenu.

- Bước 2: Click Add Family icon để tạo một họ đối tượng.

- Bước 3: Nhập tên Component Family rồi OK.

- Bước 4: Double-click vào Component Family trên màn hình đồ họa.

- Bước 5: Click Component icon để tạo một Catalog  Component.

- Bước 6: Click Select External Feature sau đó chọn Component Family trong màn hình của tài liệu chương trình gia công *.CATProcess.

2.3.7- Biên tập một dụng cụ trong danh sách

- Bước 1: Double Click vào dụng cụ đó trong Menu ngữ cảnh và chọn Definition. Hộp thoại xuất hiện cho phép điều chỉnh lại thông số hình học của dụng cụ, các thông số công nghệ, điều kiện cắt gọt và đặc điểm bù dao của nó.

- Bước 2: Click More>> để mở rộng hộp thoại truy cập Geometry, Technology, Feed and Speed và trang bù dao.

- Bước 3: Định nghĩa thông số hình học của dụng cụ cắt theo các thông số trong hộp thoại.

2.3.10- Tạo file NC Code

Để có kết quả tốt nên kiểm nghiệm lại chu trình gia công của chương trình program bằng cách Replay hoặc Simulation. Thủ tục tạo mã NC sẽ tạo theo cùng một kiểu. Đầu tiên phải Save Document sau đó Lock Operation.

- Bước 1: Chọn Manufacturing Program trong cây phả hệ. Sau đó chọn Generate NC Code Interactively icon. Hộp thoại Generate NC Output Interactivelyxuất hiện. Phụ thuộc vào việc tạo NC  sẽ có các thủ tục khác nhau. Ta có thể tạo các mã APT Source Code,  Clfide Code, NC Code, files CGR

Chương 3

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA V5R21 ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM VÀ KHUÔN ÉP PHUN

SẢN PHẨM NHỰA

I- Tính toán thiết kế khuôn

1.1- Loại hình sản xuất

Để chọn loại hình sản xuất cho chi tiết ta căn cứ vào hai thông số:

- Khối lượng sản phẩm

- Sản lượng sản phẩm theo tháng

a. Khối lượng sản phẩm.

Để tính khối lượng sản phẩm ta dùng công thức sau:

Gsp = V.

Trong đó :

- G_sp: Khối lượng sản phẩm :

- V: Thể tích của sản phẩm.

- : Khối lượng riêng của vật liệu sản phẩm.

Với vật liệu nhựa PP (Poly Propylene) ta có   = 1,15g/cm³.

 Để tính thể tích chi tiết ta tính trên phần mềm Catia V5R21 ta được thể tích của chi tiết: V= 396300 mm^3­­=396,3 cm­­­^3­­

Thay số:Gsp = V.  = 396,3.1,15 = 455,745g.

b. Sản lượng sản phẩm.

Sản phẩm là chi tiết được đặt hàng với sản lượng không lớn.

Với khối lượng sản phẩm và sản lượng hàng tháng như trên ta có thể lựa chọn loại hình sản xuất sản phẩm là sản xuất hàng loạt lớn theo chu kì. Còn sản xuất khuôn thì chọn là sản xuất đơn chiếc vì một bộ khuôn có thể đáp ứng được đủ số lượng sản phẩm đó.

1.2- Tính số lòng khuôn

Ta có thể cân nhắc để chọn số lòng khuôn phù hợp với các thông tin sau:

-  Kích thước máy ép phun (Năng suất phun lớn nhất và lực kẹp lớn nhất).

-  Thời gian giao hàng.

-  Yêu cầu về chất lượng sản phẩm.

-  Kết cấu và kích thước khuôn.

a. Số lòng khuôn tính theo số lượng sản phẩm trong đơn đặt hàng :

n = L . K . t_c  / ( 24 . 3600 . t_m)

Trong đó :

+  n : Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.

+ L : Số sản phẩm trong một lô sản xuất.

+ K : Hệ số do phế phẩm, K=1/(1-k). Với k là tỉ lệ phế phẩm.

+ t_c : Thời gian của một chu kỳ ép phun (s).

+ t_m: Thời gian hoàn tất lô sản phẩm này.(ngày)

d. Số lòng khuôn tính theo lực kẹp khuôn của máy :

n =  S .P/ F_P

Trong đó :

+ n : Số lòng khuôn tối thiểu trên khuôn.

+ S : Diện tích bề mặt trung bình của sản phẩm kể cả các rãnh dòng tính theohướng đóng khuôn (mm²)

+ F_p  : Lực kẹp khuôn tối đa của của máy (N)

+ P : Áp suất trong khuôn (Mpa).

Trong đồ án này lấy n=1.

1.3- Chọn máy phun nhựa

Các thông số của máy phun nhựa:

a. Lực kẹp (tấn):

 Được tính bởi số tấn của lực khoá khuôn.

- Fc = Lực kẹp tấn(KN).

- Pi = áp lực (kg/cm³).

b. Dung tích phun:

Được quy định theo dung tích bắn .

c. Tỷ lệ hoá dẻo:

Thể tích của vật liệu được hoá dẻo trong thời gian cho trước.

d. Tốc độ phun:

Đó là tốc độ lớn nhất dự kiến có thể phun qua ống mỏ vịt ở áp suất cho trước.

e. Áp  lực phun:

Đối với máy piston thì đây là áp lực ở piston phun. Đối với vít chuyển động qua lại áp lực này là vật liệu phía trước của vít.

1.4- Chọn vật liệu chế tạo khuôn

Vật liệu chế tạo khuôn được chọn tuỳ thuôc vào hai yếu tố là số lượng sản phẩm yêu cầu và loại nhựa để phun khuôn. Ở đây, có thể chọn vật liệu làm thân khuôn như sau:

- Với các tấm lòng khuôn và áo khuôn, tấm đế…không đòi hỏi cao lắm về cơ tính cùng với vật liệu chi tiết là nhựa PP ta chọn vật liệu cho nó là thép Cacbon loại trung bình thường dùng.

- Với lõi khuôn do có yêu cầu cao hơn về yêu cầu kĩ thuật ta nên chọn vật liệu có độ bóng, cơ tính tốt hơn, nhưng do loại hình là sản xuất đơn chiếc với số lượng sản phẩm không nhiều nên để kinh tế ta cũng chọn vật liệu là thép Cacbon trung bình .

II- Ứng dụng phần mềm CATIA V5R21 để xây dựng mô hình sản phẩm

Để mô hình hóa sản phẩm trong catia ta sử dụng modul chính là Part Design.Các bước tiến hành như sau:

Start/Mechanical Design/Part Design để chọn môi trường thực hiện.

Sử dụng lệnh Edge Fillet để bo tròn các cạnh.

Chọn lệnh Shell ta được sản phẩm hoàn chỉnh.

Cuối cùng ta được chi tiết hoàn chỉnh.

III- Ứng dụng phần mềm CATIA V5R21 để thiết kế khuôn

Từ bản vẽ chi tiết ta tiến hành tách khuôn và thiết kế khuôn.Các bước tiến hành như sau:

3.1- Chuẩn bị mẫu khuôn

Vào môi trường tách khuôn Start/Mechanical Design/Core & Cavity Design

Bây giờ ta thực hiện thao tác tăng giảm tỷ lệ để tính toán độ co ngót.

Trên cây thuyết minh chọn Denfine In Work Object

Kích chuột vào biểu tượng Scaling  nhập giá trị tỷ lệ là 1.03 và chọn mặt xy nhấn OK. Lặp lại đối với mặt yz và zx.

Copy bề mặt phân khuôn vừa tạo ở Core về Cavity

3.2- Thiết kế kết cấu khuôn cho sản phẩm

3.2.1- Tạo bộ khuôn

Để tạo bộ khuôn cơ sở ta tiến hành như sau.

Chọn biểu tượng quyển sách để vào thư viện kích thước khuôn.

Chọn khuôn tiêu chuẩn HASO số hiệu 396446 có độ dày như sau:

Cavity: 76 mm

Core : 66 mm

Core Spport: 46 mm

Riser Bar: 96 mm

Ta tạo Vỏ và lõi khuôn bằng cách nhấp đôi InjectionSide của phần tấm khuôn dưới →nhấp chuột phải chọn NewPart. Sau đó nhấp đôi vào Part vừa tạo. Nhấp chọn Pad    để đùn khối dày 70mm và chọn Sketch kích thước áo khuôn vừa tạo.

3.2.3- Lắp ráp chi tiết vào khuôn

3.2.3.1- .Lắp trục dẫn hướng

Chọn biểu tượng lệnh  để tạo trục dẫn hướng từ trong thư viện chuẩn  DME theo đường dẫn sau DME→LeaderPin_FSC chọn trục dẫn kích thước phù hợp.Vị trí khoan lỗ để lắp trục dẫn hướng ta chọn là khoan từ tấm CorePlate đến tấm CavityPlate

3.2.3.3- Lắp Bulong cho các tấm phần khuôn cố định

Chọn biểu tượng lệnh  trên thanh công cụ FixingComponents để tạo các bulong từ thư viện chuẩn DME theo đường dẫn DME→CapScrew_M chọn kích thước phù hợp.Lỗ lắp bulong khoan từ tấm SettingPlate đến CorePlate.

3.2.3.4- Lắp chốt hồi

Chọn biểu tượng lệnh  trên thanh công cụ MoldEjector để tạo các chốt hồi từ thư viện chuẩn DME theo đường dẫn DME→Ejector_A chọn kích thước phù hợp. Lỗ lắp chốt hồi được khoan từ tấm Ejector A đến CorePlate.Trong quá trình lắp chốt hồi cần đảm bảo sao cho chốt không ló ra khỏi CorePlate và chạm tới CavityPlate.

3.2.3.7- Lắp kênh dẫn nhựa

Kích chọn CavityPlate→PartBody.Tạo Sketch biên dạng trong hình vẽ sau đó chọn Pocket   tạo lỗ.

3.2.3.10- Lắp hệ thống làm mát

Để thiết kế hệ thống làm mát ta làm như sau:Chọn InjectionSide→CavityCooling đúp chuột PartBody. Click Point  để xác định điểm đầu và điểm cuối. Chọn biểu tượng lệnh   trên thanh công cụ Injection Components để tạo các kênh làm mát .Tương tự cho CoreCooling.

Chương 4

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆGIA CÔNG LÒNG KHUÔN VÀ LÕI KHUÔN CÓ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC

I- Quy trình công nghệ gia công tấm áo và tấm lòng khuôn tĩnh

1.1- Phân tích chức năng làm việc, tính công nghệ của chi tiết, xác định dạng sản xuất và phương pháp chế tạo phôi

1.1.1- Phân tích chức năng làm việc

Tấm áo và tấm lòng khuôn tĩnh có các bề mặt phẳng và hệ thống lỗ có đường kính khác nhau nên chúng thuộc họ hộp. Các lỗ trên chi tiết bao gồm các lỗ chính và các lỗ phụ tùy theo chức năng làm việc của nó.

Hai chi tiết tấm áo và tấm lòng khuôn tĩnh được lắp ghép với nhau thông qua mặt hốc trên tấm áo. Do đó, các bề mặt của hốc này phải được gia công chính xác đồng thời với bề mặt ngoài của tấm lòng khuôn tĩnh. Trên cả hai chi tiết này có hệ thống các lỗ để lắp chi tiết dẫn hướng, lắp hệ thống đẩy, bu lông lắp ghép và lỗ làm mát.

1.1.2- Phân tích tính công nghệ của chi tiết

Hai chi tiết này có bề mặt phẳng đáy nên nó đảm bảo khả năng gia công toàn bộ chi tiết từ một chuẩn.

Trên cả hai chi tiết chủ yếu là mặt phẳng, trên tấm lòng khuôn tĩnh có dạng hốc hoàn toàn không có chỗ nào nhô lên cao. Do vậy, không cản trở cho hành trình gia công nên đảm bảo khả năng gia công trên một hành trình chạy dao.

Trên cả hai chi tiết các lỗ có đường kính bằng nhau thuận lợi cho việc gia công.

Các lỗ lắp bu lông là các lỗ tiêu chuẩn

1.1.4- Chọn phôi

Phương pháp chọn phôi phụ thuộc vào nhiều vấn đề như: chức năng kỹ thuật, kết cấu chi tiết máy trong cụm máy, vật liệu sử dụng, yêu cầu kỹ thuật, hình dáng kích thước bề mặt chi tiết, quy mô và tính linh hoạt của sản xuất. Chọn phôi nghĩa là chọn loại vật liệu chế tạo phôi, phương pháp hình thành phôi, xác định lượng dư gia công cho các bề mặt, tính toán kích thước, xác định dung sai cho quá trình chế tạo phôi.

1.2- Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết

- Với chi tiết dạng hộp này và dạng sản xuất là đơn chiếc thì có thể gia công kết hợp trên máy vạn năng và máy CNC

- Theo như yêu cầu kỹ thuật của áo khuôn và lòng khuôn thì:

+ Đối với các bề mặt phẳng, các đường làm mát có thể gia công trên máy phay hay máy khoan thông thường.

+ Đối với các lỗ để ta rô ren, lỗ chốt định vị, lỗ dẫn hướng cần thực hiện lần lượt các phương pháp khoan, phay rộng….trên máy CNC.

1.2.1- Quy trình công nghệ gia công tấm áo

Quy trình công nghệ gia công tấm áo lòng khuôn tĩnh trải qua 8 nguyên công:

- Nguyên công 1: Cắt phôi

- Nguyên công 2: Phay 2 mặt đáy lớn của tấm áo

- Nguyên công 3: Phay 4 mặt xung quanh

- Nguyên công 4: Mài phẳng 2 mặt đáy lớn của tấm áo

- Nguyên công 5: Gia công mặt trên áo khuôn

- Nguyên công 6: Gia công mặt dưới áo khuôn

- Nguyên công 7: Khoan, taro các lỗ dẫn nước làm mát M12

- Nguyên công 8: Khoan, taro lỗ lắp bu lông vòng M16

- Nguyên công 9: Kiểm tra

1.2.1.1-  Nguyên công 1: Cắt phôi

- Cắt phôi bằng cách lấy dấu rồi cắt bằng mỏ hàn khí sau đó tẩy sạch xỉ.

- Kích thước của phôi: Phôi tấm áo 451x401x75

1.2.1.3- Nguyên công 3: Phay 4  mặt xung quanh

- Chọn máy: Phay trên máy phay vạn năng nằm ngang 6H83 có các thông số máy như sau:

+ Công suất động cơ chính: 10kW

+ Công suất động cơ chạy dao: 1,7kW

+ Hiệu suất: 0,75

+ Giới hạn số vòng quay:  30-1500 vg/ph

+ Số cấp tốc độ:18

- Chọn dao: Chọn dao phay mặt đầu răng chắp mảnh hợp kim cứng có D/z=80/5.

- Tra lượng dư gia công: tổng lượng dư gia công là 2,5 (bảng 3.142 trang 282 [2] )

* Bước 1: Phay thô

- Chiều sâu cắt t=1,5

- Lượng chạy dao răng Sz=0,15 mm/răng

- Chiều rộng phay B= 71 mm

Chọn theo máy: n_m= 1180 v/ph

Vận tốc cắt thực tế :  V_tt= 296 m/ph

Lượng chạy dao vòng: S_v=S_z.Z= 0,15.5=0,75 mm/vg

Lượng chạy dao phút: S_ph= S_z.Z.n= 0,15.5.1180= 885 mm/ph

* Bước 2: Phay tinh

- Chiều sâu cắt : t=0,2 mm

- Lượng chạy dao răng : Sz=0,1 mm/răng

- Chiều rộng phay : B= 52 mm

Lượng chạy dao vòng: S_v=S_z.Z= 0,1.5=0,5 mm/vg

Lượng chạy dao phút: S_ph= S_z.Z.n= 0,1.5.1500= 750 mm/ph

1.2.1.4- Nguyên công 4: Mài phẳng 2 mặt đầu lớn của tấm áo

- Chọn máy: máy mài phẳng 3Ӆ723

+ Kích thước lớn nhất mà máy có thể gia công được: 1600x400x400

+ Số vòng quay trục chính của đá mài: 1450 vg/ph

+ Hiệu suất của máy mài: 0,8

+ Chọn đá: A60V6 có D=200mm, H=60mm

- Chế độ cắt: mài mặt phẳng bằng chu vi đá trên máy mài có bàn vuông. Chế độ cắt được tra trong bảng 5.55 trang 57 [3].

+ Mài thô: Vđá=30m/s, V phôi=25m/phút, t=0,03mm,  Sng=0,4.H=0,4.60 =24mm/htk.

+ Mài tinh: V đá=30m/s, V phôi=15m/phút, t=0,01mm, Sng=0,2.H=0,2.60 =12mm/htk.

- Công hữu ích khi mài bằng chu vi đá: N =

Vơi: N_c và các số mũ tra bảng: C_N =0,68; r =1; x =0,8; y =0,8; q =0

- Công suất khi mài thô: N = C_N.   = 0,68.25¹.0,03^0,8.20^0,8.1 =9,8 kW

- Công suất khi mài tinh: N = C_N.   = 0,68.15¹.0,01^0,8.10^0,8.1 =1,6 kW

1.2.1.6- Nguyên công 6:  Gia công mặt dưới áo khuôn

- Sơ đồ định vị:

Phay rộng 4 lỗ chốt dẫn hướng Ф36 (mm) sâu 4, khoan rộng 4 lỗ bắt vít Ф11 (mm) sâu 6,  khoan, tarô 4 lỗ ren M12 vít áo và tấm giữ trên, phay lỗ lắp cuống phun Φ18.

Nguyên công này vẫn được làm trên máy Phay Mikron VCP 600

* Bước 1 : Khoan định tâm f3 tất cả 15 lỗ.

Chọn dao: Mũi khoan tâm f3 của hãng STOCK. Chế độ cắt lấy theo kinh nghiệm. Ở đây lấy n=700 vg/ph, f=0,2 mm/vg=140mm/ph

* Bước 2 : Khoan tất cả 15 lỗ bằng mũi khoan Φ8

Chọn dao: mũi khoan Ф 8

Tra Catalogue số 71135 trang 223 và bảng chế độ cắt trang 224 được f=0,2 mm/vòng

Chế độ cắt: Vc = 24 mm/ph, n= 956 vg/ph;   F=191 mm/ph

* Bước 3:  Khoan 11 lỗ Ф10,25

 Chọn dao: Mũi khoan Ф 10,25

Tra Catalogue số 71135 trang 223 và bảng chế độ cắt trang 224 được f=0,25 mm/vòng

Chế độ cắt: Vc=24 mm/ph, n=765 vg/ph;  F=191 mm/ph

1.2.1.8- Nguyên công 8: Khoan, taro lỗ M16 để lắp bu lông vòng.

 Định vị và kẹp chặt tương tự như  nguyên công khoan ở trên.

* Bước 1: Khoan lỗ Ф14:

Chiều sâu cắt: t= = = 7 mm

Lượng chạy dao: tra bảng 5.87 trang 84 [3] được S=0,25 mm/vòng

Tra theo máy được: n_m= 300 v/ph (bảng phụ lục 8 [10] )

Mô men xoắn khi khoan:

Mx=10.C_M.D^q.S^y.k_p

Trong đó các hệ số và số mũ được tra trong bảng 5.32 trang 25 [3] được C_M=0,0345; q=2,0; y=0,8.

Mx=10.0,0345. 10,25^2,0.0,2^0,8.1= 9,5 Nm

Lực chiều trục:   Po=10.C_p.D^q.S^y.k_p

Trong đó các hệ số và số mũ được tra trong bảng 5.32 trang 25 [3] được Cp=68; q=1,0; y=0,7.

Po= 10.68.10,25¹.0,2^0,7.1= 2204 N

* Bước 2 : Taro M16

Taro lỗ ren tiêu chuẩn M16x2

1.2.1.9- Nguyên công 9: Kiểm tra

Kiểm tra độ khuông vuông góc giữa tâm lỗ bạc dẫn hướng với mặt trên tấm áo

1.2.2- Quy trình công nghệ gia công tấm lòng khuôn tĩnh

Quy trình công nghệ gia công tấm lòng khuôn tĩnh trải qua 8 nguyên công:

- Nguyên công 1: Cắt phôi

- Nguyên công 2: Phay 2 mặt đáy lớn của tấm lòng

- Nguyên công 3: Phay 4 mặt xung quanh

- Nguyên công 4: Mài phẳng 2 mặt đầu tấm lòng khuôn tĩnh

- Nguyên công 5: Khoan các lỗ dẫn nước làm mát

- Nguyên công 6: Phay rộng lỗ dẫn nước làm mát để lắp zoăng cao su

- Nguyên công 7:  Khoan 4 lỗ mặt đáy để bắt bu lông với tấm áo,phay lỗ dẫn nước làm mát và ta rô ren M6 để bắt vít

- Nguyên công 8: Gia công lòng khuôn

-  Nguyên công 9: Sửa nguội, đánh bóng

-  Nguyên công 10: Kiểm tra

2.2- Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết

Với chi tiết dạng hộp này và dạng sản xuất là đơn chiếc thì có thể gia công kết hợp trên máy vạn năng và máy CNC

Theo như yêu cầu kỹ thuật của áo khuôn và lòng khuôn thì:

- Đối với các bề mặt phẳng, các đường làm mát có thể gia công trên máy phay hay máy khoan thông thường.

- Đối với các lỗ ren, lỗ chốt định vị, lỗ dẫn hướng cần thực hiện lần lượt các phương pháp khoan, khoét, doa, taro trên máy CNC.

2.2.1- Quy trình công nghệ gia công tấm áo

Quy trình công nghệ gia công tấm áo lõi khuôn động trải qua 8 nguyên công:

- Nguyên công 1: Cắt phôi

- Nguyên công 2: Phay hai mặt đáy lớn

- Nguyên công 3: Phay các mặt xung quanh

- Nguyên công 4: Mài phẳng mặt đầu tấm áo

- Nguyên công 5: Gia công mặt trên áo khuôn

- Nguyên công 6: Gia công mặt dưới áo khuôn

- Nguyên công 7: Khoan các lỗ dẫn nước làm mát

- Nguyên công 8: Kiểm tra

2.2.1.9- Nguyên Công 9: Kiểm tra

Kiểm tra độ vuông góc của tâm lỗ bạc dẫn hướng so vơi mặt đáy của hốc lắp tấm lòng khuôn động.

Kiểm tra độ khuông vuông góc giữa tâm lỗ bạc dẫn hướng với mặt trên tấm áo

2.2.2- Quy trình công nghệ gia công tấm lõi khuôn động

Quy trình công nghệ gia công tấm lõi khuôn động trải qua 8 nguyên công

- Nguyên công 1: Cắt phôi

- Nguyên công 2: Phay các mặt xung quanh

- Nguyên công 3: Phay hai mặt đầu

- Nguyên công 4: Mài phẳng mặt đầu tấm lõi khuôn động

- Nguyên công 5: Khoan lỗ mặt dưới lõi khuôn, Ta rô 4 lỗ ren M6

- Nguyên công 6: Khoan các lỗ dẫn nước làm mát

- Nguyên công 7: Phay rộng lỗ lắp zoăng cao su

- Nguyên công 8: Gia công lõi khuôn

- Nguyên công 9: Mài, đánh bóng khuôn

- Nguyên công 10: Kiểm tra

III- Tính toán thiết kế đồ gá

3.1- Thiết kế đồ gá phay

Thiết kế đồ gá cho nguyên công 3: phay 4 mặt bên của tấm áo lòng khuôn tĩnh  trên máy phay ngang 6H83 bằng dao phay mặt đầu hợp kim cứng T15K6 có D/z=80/5.

* Nguyên tắc hoạt động của đồ gá như sau:

- Chi tiết gia công đặt lên 2 phiến tỳ khống chế 3 bậc tự do. Mặt bên của chi tiết tỳ vào hai chốt tỳ khống chế 2 bậc tự do. Chi tiết chỉ cần khống chế 5 bậc tự do là đủ.

- Lực kẹp W lên chi tiết được tạo ra bằng cơ cấu đòn kẹp liên động bao gồm : đòn kẹp, bulong kẹp cùng với 2 đai ốc và đệm, bu lông đẩy.

- Kích thước nguyên công đạt dược là nhờ vào cữ so dao với căn đệm. Cơ cấu so dao được định vị lên đồ gá nhờ chốt định vị và vít kẹp.

- Thân đồ gá được định vị lên bàn máy thông qua 2 then dẫn hướng và vít. Khi gia công, dao thực hiện chuyển động quay tại chỗ, bàn máy mang đồ gá thực hiện chuyển động chạy dao.

3.1.1- Tính lực kẹp chặt W

a. Tính lực cắt khi phay

Trong phần tính toán nguyên công ta có lực cắt Pz

Khi cắt thô: Pz=880 N

Khi cắt tinh: Pz=94 N

b. Tính lực kẹp W khi phay

Khi tính lực kẹp ta xẽ tính cho trường hợp lực cắt lớn hơn tức là ta sẽ tính cho trường hợp phay thô:

Quan hệ giữa các thành phần lực sinh ra trong quá trình cắt  là:

Px:Pz=0,5 →Px=0,5.590 = 440 N

Py:Pz=0,4→Py=0,4.590 = 352 N

Do vậy, có các điều kiện cân bằng như sau:

Lực kẹp cần thiết để chi tiết không bị trượt dưới tác dụng của Pz:

Pz ≥ 2(F_ms1 + F_ms2) + F_ms3

Xét trường hợp tới hạn

Pz = 2(F_ms1 + F_ms2) + F_ms3

Pz=2[(Px+W₃).f₁+W₃.f₂] + Py.f₃

=2[(Px+W₃).0,1+W₃.0,2] + Py.0,2

Lực kẹp cần thiết khi gia công là: W=K.W₁=2,8.3643= 10200 N

3.1.2- Tính và chọn cơ cấu kẹp

Trên hình 3.2.2 có Q là lực tác dụng lên bulong kẹp.

W :là lực kẹp cần tác dụng lên chi tiết

L₁,L₂ :là chiều dài các cánh tay đòn

Phương trình cân bằng của đòn kẹp: W.(L₁+L₂) = Q.L₁

Để giảm tổn thất của lực Q tác dụng nên bu lông khi tạo ra lực kẹp W nên chọn L₂ nhỏ nhất có thể. Ở đây, lấy L₂=80 mm, L₁=120 mm

→Q = 15692 N

* Kiểm nghiệm bền bulong:

Q : là lực xiết đai ốc cần thiết để tạo ra lực kẹp W, M_r là mô men ren thì có hệ thức sau:

M_r=Q.tg(γ+ρ’).d₂/2

Thấy  σ_tđ < [σ_k]

Vậy bu lông đủ bền

* Mô men cần vặn đề kẹp vít:

M =0,1.d.Q + 2.f.tg .Q = 0,1.10.15692 + 2.0,1.tg60.15692 = 21127  Nmm

3.1.3- Tính sai số chế tạo đồ gá

a. Tính sai số chuẩn

Sai số chuẩn trong trường hợp này bằng không do chuẩn định vị trùng gốc kích thước.

b.  Sai số kẹp chặt

Trường hợp này lực kẹp vuông góc với phương kích thước cho nên sai số kẹp chặt bằng 0.

c. Sai số mòn

Là sai số mòn do cơ cấu định vị phôi theo kích thước gia công ε_m= β.

Trong đó:

β: là độ mòn đơn vị tính cho một lần gá đặt phôi và trị số của nó được chọn theo điều kiện cụ thể theo mặt chuẩn và cơ cấu định vị phôi. Chuẩn dùng trong nguyên công này là chuẩn tinh có dùng chốt gá nên chọn, β=0,1

N: là số lượng phôi được định vị trên đồ gá trước khi phải hiệu chỉnh đồ gá. Lấy, N=5000

→ε_m= 0,1.  = 7 µm

d. Sai số điều chỉnh

Là sai số do lắp gá lên máy gia công. Đồ gá này là đồ gá phay nên ε_đc phụ thuộc vào mối lắp của then dẫn hướng và rãnh chữ T trên bàn máy. Lấy ε_đc=5 µm

Vậy sai số chế tạo cho phép của đồ gá là :e_ct = 99 µm

3.2- Thiết kế đồ gá khoan, khoét, doa

Thiết kế đồ gá cho nguyên công gia công 4 lỗ lắp bạc dẫn hướng trên tấm áo khuôn tĩnh.

* Nguyên tắc hoạt động của đồ gá như sau:

- Mặt đáy của chi tiết gia công đặt lên các phiến tỳ khống chế 3 bậc tự do, một mặt bên của chi tiết được tỳ vào 2 chốt tỳ đầu cong tiêu chuẩn khống chế 2 bậc tự do, một mặt bên cạnh nữa được tỳ vào một chốt tỳ đầu cong tiêu chuẩn khống chế nốt bậc tự do còn lại. Vậy chi tiết được khống chế đủ 6 bậc tự do.

- Lực kẹp W được tạo ra bằng cơ cấu đòn kẹp liên động

- Kích thước vị trí lỗ khoan nguyên công đạt được nhờ vào vị trí của lỗ bạc dẫn hướng trên phiến dẫn, yêu cầu về độ vuông góc của lỗ khoan phụ thuộc vào độ cính xác của bạc dẫn hướng, còn độ chính xác đường kính lỗ phụ thuộc vào độ chính xác của dụng cụ (mũi khoan).

3.2.1- Tính lực kẹp chặt W

a. Tính lực cắt khi khoan

- Lượng chạy dao S=0,3 mm/vg (tra bảng 5.87 trang 84 [3])

- Mô men xoắn khi khoan

Mx=10.C_M.D^q.S^y.k_p

Trong đó các hệ số và số mũ được tra trong bảng 5.32 trang 25 được C_M=0,0345; q=2,0; y=0,8; kp=1.

Mx= 10.0,0345.28².0,3^0,8.1=82,3 Nm = 82300 Nmm

- Lực chiều trục ở đây có lợi cho quá trình kẹp chặt trong khi gia công, nó không ảnh hưởng đến việc tính lực kẹp.

b. Tính lực kẹp khi khoan

* Điều kiện để chống trượt phôi:

2.(F_ms1+F_ms2) ≥ 2.M/d

Xét trạng thái tới hạn: 2.(F_ms1+F_ms2) = 2.M/d

2.( W.f₁+W.f₂) = 2.M/d

3.2.2- Chọn cơ cấu kẹp

Sử dung cơ cấu kẹp bằng đòn kẹp có dạng  như hình vẽ 4.3.5.

Trên hình 4.3.5 có:

 Q : là lực tác dụng lên bulong kẹp

W : là lực kẹp cần tác dụng lên chi tiết

L₁,L₂ : là chiều dài các cánh tay đòn

Để giảm tổn thất của lực Q tác dụng nên bu lông khi tạo ra lực kẹp W nên chọn L₂ nhỏ nhất có thể. Ở đây, lấy L₂=70 mm, L₁=130 mm

→Q = 205612 N

* Kiểm nghiệm bền bulong :

Q : là lực xiết đai ốc cần thiết để tạo ra lực kẹp W, M_r là mô men ren thì có hệ thức sau: 

M_r=Q.tg(γ+ρ’).d₂/2

Thấy  σ_tđ < [σ_k]

Vậy bu lông đủ bền

* Mô men cần vặn đề kẹp vít:

M = 0,1.d.Q + 2.f.tg .Q

= 0,1.24.205612 + 2.0,1.tg60.205612 = 120573  Nmm

3.2.3- Tính sai số chế tạo đồ gá

a. Tính sai số chuẩn

 Ở đây không có sai số chuẩn vì chuẩn định vị trùng gốc kích thước

b. Tính sai số kẹp chặt

Ở đây có sai số kẹp chặt đối với khoảng cách tâm lỗ tới thành chi tiết bằng không vì phương kích thước vuông góc với phương lực kẹp.

d.  Tính sai số điều chỉnh

Do sai số lắp đặt và điều chỉnh đồ gá trên máy phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nên rất khó xác định. Vì vậy nó được lấy bằng (1/3-1/5) dung sai kích thước cần gia công trên đồ gá.

Lấy ɛ_đc= 20 µm

e. Tính sai số gá đặt

ɛ_g= (1/5÷1/2).δL= (1/5÷1/2).0,1= 55 µm

Sai số chế tạo cho phép của đồ gá là: [ɛ_CT] = 51 µm

3.2.4- Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá

Dựa vào sai số đã tính ở trên thì yêu cầu kỹ thuật của đồ gá là:

- Độ không song song giữa mặt đáy thân đồ gá và mặt trên của 2 phiến tỳ là ≤ 0,05   

- Độ không vuông góc giữa đường tâm lỗ các bạc dẫn hướng với mặt đáy thân đồ gá  là ≤ 0,05

KẾT LUẬN

   Sau gần 3 tháng nghiên cứu và tìm hiểu đề tài: “Thiết kế khuôn ép phun cho sản phẩm nhựa với ứng dụng phần mềm CATIA và công nghệ CAD/CAM-CNC.” với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: TS……………., đề tài đã đạt được một số kết quả sau:

- Đề tài đã đưa ra được tình hình khuôn mẫu ở Việt Nam và trên thế giới, đã đưa ra được cơ sở thiết kế khuôn, các bộ phận cơ bản của khuôn, một số loại khuôn và  nguyên lý hoạt động của nó.

- Đề tài đã đưa ra được việc thiết kế khuôn tổng thể, cách lắp ráp các chi tiết vào khuôn.

- Đã nghiên cứu khá kỹ phần mềm Catia V5R21 và hướng dẫn sử dụng một cách rõ ràng, dễ hiểu.

- Đã ứng dụng được phần mềm Catia V5R21 vào việc thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn ép nhựa và trên cơ sở đó đã xuất ra được chương trình gia công có thể sử dụng trên máy CNC.

- Đã lập được quy trình công nghệ gia công một số chi tiết cơ bản của khuôn đó là: 2 tấm áo, tấm lòng khuôn tĩnh, tấm lõi khuôn động.

   Mặc dù tác giả đã rất cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu để đạt được kết quả như mong muốn, nhưng do thời gian, điều kiện và kiến thức còn hạn chế nên đề tài chỉ dừng lại ở việc lập quy trình công nghệ gia công các chi tiết cơ bản của khuôn như: tấm áo lòng khuôn tĩnh, tấm lòng khuôn tĩnh, tấm áo lõi khuôn động , tấm lõi khuôn động. Mặt khác, do điều kiện thực tế không cho phép nên đề tài cũng chỉ dừng lại ở việc ứng dụng máy CNC để gia công được sản phẩm là tấm lõi khuôn động. Do đó hướng phát triển của đề tài là gia công thực tế tất cả các bộ phận để chế tạo ra một bộ khuôn ép nhựa hoàn chỉnh. Và có thể nghiên cứu thêm vấn đề mô phỏng dòng chảy trong khuôn, phân tích dòng chảy trong khuôn để xác định được nhiệt độ, áp suất, khả năng điền đầy của khuôn và một số vấn đề liên quan khác.

   Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Công nghệ chế tạo máy. GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Nguyễn Trọng Bình, PGS.TS Nguyễn Thế Đạt, PGS,TS Nguyễn Viết Tiếp, PGS.TS Trần Xuân Việt. NXBKHKT-2006

[2]. Sổ tay Công nghệ chế tạo máy (tập 1). GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần Xuân Việt. NXBKHKT-2006.

[3]. Sổ tay Công nghệ chế tạo máy (tập 2). GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần Xuân Việt. NXBKHKT-2006.

[4]. Sổ tay Công nghệ chế tạo máy (tập 3). GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Ninh Đức Tốn, PGS.TS Trần Xuân Việt. NXBKHKT-2006.

[5]. Hướng dẫn thiết kế đồ án Công nghệ chế tạo máy. GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, ThS Lưu Văn Nhang. NXBKHKT-2004

 [6]. Đồ gá. GS.TS Trần Văn Địch. NXBKHKT-2006

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"