MỤC LỤC
Lời nói đầu.
Mở đầu.
Chương 1. Tổng quan về công nghệ sản xuất khuôn mẫu.
1.1 Tìm hiểu vật liệu chế tạo sản phẩm nhựa và khuôn.
1.1.1 Vật liệu chế tạo sản phẩm nhựa.
1.1.2 Vật liệu chế tạo khuôn.
1.2 Tìm hiểu máy ép phun.
1.3 Tìm hiểu khuôn ép phun.
1.3.1 Phân loại các bộ khuôn ép phun.
1.3.2 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ khuôn.
1.3.3 Cơ sở lý thuyết thiết kế khuôn ép phun.
1.4 Tìm hiểu công nghệ ép phun.
Chương 2. Giới thiệu Công nghệ CAD/CAM/CAE Và CNC.
2.1 Tìm hiểu công nghệ CAD/CAM/CAE.
2.1.1 Khái niệm cơ bản.
2.1.2 Quy trình liên thông CAD/CAM/CAE.
2.2 Tìm hiểu Công nghệ CNC.
2.2.1 Kết cấu máy CNC nói chung.
2.2.2 Công nghệ CNC.
2.3 Tìm hiểu phần mềm Catia.
2.3.1 Cấu trúc phần mềm Catia.
2.3.2 Sử dụng Catia để lập trình và mô phỏng gia công.
Chương 3. Ứng dụng Catia vào tính toán,thiết kế khuôn ép nhựa.
3.1 Tính toán thiết kế khuôn.
3.2 Lực phun và lưu lượng nhựa ép vào.
3.3 Ứng dụng Catia để thiết kế khuôn.
3.4 Một số hệ thống trong khuôn ép nhựa.
Chương 4. Thiết kế quy trình công nghệ gia công một số chi tiết khuôn có ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC
4.1 Xác định đường lối công nghệ.
4.2 Phân tích chức năng,điều kiện làm việc của chi tiết.
4.3 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết.
4.4 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi.
4.5 Thiết kế quy trình công nghệ gia công một số chi tiết khuôn cơ bản.
4.5.1 Quy trình công nghệ gia công tấm áo khuôn tĩnh.
4.5.2 Quy trình công nghệ gia công tấm lòng khuôn tĩnh.
4.5.3 Quy trình công nghệ gia công tấm áo khuôn động.
4.5.4 Quy trình công nghệ gia công tấm lõi khuôn động.
4.6 Chương trình NC gia công một số chi tiết khuôn cơ bản.
4.6.1 Chương trình NC gia công tấm áo khuôn tĩnh.
4.6.2 Chương trình NC gia công tấm lòng khuôn tĩnh .
4.6.3 Chương trình NC gia công tấm áo khuôn động.
4.6.4 Chương trình NC gia công tấm lõi khuôn động.
Kết luận.
Tài liệu tham khảo.
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, nhờ vào những bước phát triển nhảy vọt của khoa học kĩ thuật, đã mang lại cho con người nhiều tiện ích to lớn, đặc biệt là sự phát triển của khoa học máy tính, công nghệ thông tin và những chương trình ứng dụng trong thiết kế gia công cơ khí. Ngành đó được gọi chung là công nghệ CAD/CAM. Nhờ công nghệ này mà việc thiết kế đến gia công sản phẩm được trở lên chính xác và giảm thiểu nhiều công việc không cần thiết, nhờ đó giảm được thời gian thiêt kế,chế tạo, nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm
Sản phẩm nhựa đã và đang 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, độ bền … do vậy mà ngành công nghiệp nhựa đã phát triển rất nhanh trong thời gian qua kéo theo đó là các lĩnh vực tạo hình sản xuất và chế tạo các sản phẩm từ nhựa phát triển theo đặc biệt trong đó phải kể đến ngành công nghiệp chế tạo khuôn ép phun đã tạo ra vô số các sản phẩm với đủ kiểu dáng chủng loại phục vụ cho đời sống của con người. Nhưng vấn đề chính là làm thế nào để nâng cao được chất lượng, độ chính xác, tính thẩm mỹ của sản phẩm nhựa. Theo công nghệ cũ thì việc thiết kế, gia công, lắp ghép là vô cùng khó khăn, nhà sản xuất mất nhiều thời gian và tiền của cho việc sản xuất thử và sửa lại khuôn.Ngày nay những vấn đề đó được khắc phục bằng các phần mềm thiết kế chuyên dụng như Solid, Catia, Pro E….
Việc nghiên cứu và tìm hiểu về công nghệ chế tạo khuôn mẫu là một nhu cầu thiết thực đối với sinh viên chuyên ngành công nghệ chế tạo máy sắp ra trường, để đáp ứng lại nhu cầu tuyển dụng từ thị trường lao động. Hơn nữa đây là công việc sáng tạo không lặp lại, đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức rộng và sâu sắc về vấn đề công nghệ chế tạo gia công sản phẩm cơ khí. Điều này rất phù hợp để sinh viên làm đồ án tốt nghiệp tìm hiểu và nghiên cứu công nghệ phục vụ cho công việc thực tế sau này.
Sau một thời gian tìm hiểu và với sự chỉ bảo, giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn: TS……………….., em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài:“Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE và CNC để thiết kế và gia công khuôn ép nhựa cho sản phẩm Nắp vỏ máy nén khí”
Tuy nhiên do kinh nghiệm thực tế trong sản xuất còn hạn chế, nên trong quá trình tính toán và thiết kế vẫn chưa lường hết được các yếu tố sẽ nẩy sinh ở sản xuất ngoài thực tế, do vậy sẽ gặp phải sai sót nhất định. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ chế tạo máy và sự đóng góp ý kiến của các bạn.
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHUÔN MẪU
1.1.Tìm hiểu vật liệu chế tạo sản phẩm nhựa và khuôn.
1.1.1. Vật liệu chế tạo sản phẩm nhựa
1. Vật liệu Polyme
v Khái niệm chất dẻo
Chất dẻo (Plastics) là loại vật liệu được tạo thành bởi nhiều phần tử (các cao phân tử Polyme). Các phần tử Polyme này được tổng hợp từ các thành phần nhỏ khác gọi là Monome nhờ các phản ứng trùng hợp, trùng phối, trùng ngưng, đồng trùng hợp
Chất dẻo là vật liệu dạng rắn trong điều kiện thường và có tính dẻo hoặc chảy lỏng khi được nung nóng ở nhiệt độ nhất định.
v Phân loại và tính chất
Dựa trên tính chất vật lí, tính chất hoá học, cấu trúc phân tử, khả năng gia công và các yếu tố tác động lên vật liệu mà người ta phân loại chất dẻo theo nhiều phương pháp khác nhau như:
a. Phân loại chất dẻo theo cấu trúc hoá học.
Trong các vật liệu Polyme,tuỳ theo trạng thái sắp sếp chuỗi mạch của nó mà ta có thể phân ra loại nhựa có dạng kết tinh hay không kết tinh (vô định hình).
Nếu chuỗi các mạch của vật liệu Polyme được xếp khít nhau theo một trật tự nhất định thì ta có vật liệu Polyme kết tinh,nếu chuỗi các mạch của vật liệu Polyme được sắp xếp không theo một trật tự nhất định nào thì ta có Polyme định hình. Các Polyme ở trạng thái kết tinh thường ở trạng thái đục mờ. Các Polyme ở trạng thái không kết tinh có độ trong suốt. Ví dụ như nhựa PPMA còn có độ trong suốt hơn cả thuỷ tinh. Nó cho phép 73% tia cực tím xuyên qua trong khi đó thuỷ tinh Silicat (vô cơ) chỉ cho143% tia cực tím đi qua.
c. Phân loại chất dẻo theo hình dạng mạch phân tử.
Theo cách này có thể phân biệt các loại Polyme có hình dạng sợi tuyến tính, hình dạng sợi phân nhánh, cấu trúc lưới không gian, cấu trúc hình dây thang,cấu trúc lưới phẳng, cấu trúc hình sao, cấu trúc răng lược…
d. Phân loại chất dẻo theo công dụng:
Trong thực tế sản xuất và sử dụng nhựa thường được phân thành 3 loại: Nhựa thông dụng,nhựa kĩ thuật và nhựa hỗn hợp.
- Nhựa thông dụng: Là loại nhựa được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới với khối lượng lớn có ưu điểm là giá thành thấp và dễ gia công thành sản phẩm.
- Nhựa kĩ thuật: Là loại nhựa có nhiều đặc tính ưu việt hơn nhựa thông dụng như độ bền ké, bền va đập, độ kháng nhiệt…Loại nhựa này thường để sản xuất các chi tiết máy hoặc các chi tiết có yêu cầu tính năng cao.
- Nhựa kĩ thuật chuyên dùng: Là loại nhựa có trọng lượng phân tử rất cao (1.000.000 hoặc lớn hơn). Mỗi loại chỉ được sử dụng ở một số lĩnh vực riêng biệt
2 Chất phụ gia trong chất dẻo
* Chất bôi trơn
Chất bôi trơn trong nhằm giảm ma sát giữa các mạch hay đoạn mạch cao phân tử của chất dẻo và cải thiện tính chất chảy dưới tác dụng của nhiệt.
Các loại bôi trơn gồm có:Rượu béo, axit béo, xà phòng kim loại…
* Chất ổn định.
Gồm các loại ổn định nhiệt, ổn định tia tử ngoại, chất chống lão hoá…Nhằm mục đích tránh phá huỷ đặc biệt do nhiệt trong quá trình gia công hoặc sử dụng sản phẩm chất dẻo.
- Chất ổn định nhiệt.Các chất ổn định nhiệt gồm:Chất hữu cơ, muối Cadmium…
- Chất ổn định ánh sáng.Các chất ổn định ánh sáng gồm:Các bon đen, bột màu…
Chất làm chậm cháy tạo nên sự kháng cháy cho chất dẻo.Cơ chế của chất chậm cháy là không cho phát triển phản ứng oxy trên bề mặt chất dẻo tiếp xúc với lửa hoặc sức nóng bằng cách tạo ra trên lớp bề mặt một lớp bảo vệ.
1.1.2 Các phương pháp gia công chất dẻo
a. Công nghệ cán.
Quá trình cán là một trong những phương pháp sản xuất của công nghiệp gia công chất dẻo mà trong đó vật liệu chất dẻo nhiệt dẻo được chế tạo thành tấm hoặc màng.
Các máy cán thường sử dụng là các máy có 4 hoặc 5 trục cán xếp theo các dạng chữ I, L, F, Z
Gia công đùn được sử dụng để gia công đối với sản lượng lớn chủ yếu là các chất dẻo
như PVC cứng, PVC mềm, PE và PP.
c. Công nghệ đùn thổi.
Công nghệ tạo hình rỗng được hiểu là người ta tạo hình đoạn ống chất dẻo nhiệt dẻo được đùn ra bằng khí nén áp lực cao từ phía trong nó thành sản phẩm cần chế tạo, khuôn thổi sản phẩm được tiến hành trong khuôn rỗng hai nửa sao cho đoạn ống chất dẻo được đùn ra ở trạng thái nóng sẽ tiếp nhận biên dạng của khoang rỗng trong khoang mẫu sau
1.1.2 Vật liệu chế tạo khuôn
1.1.2.1. Các loại vật liệu chế tạo khuôn
1 Thép chế tạo khuôn nhựa 5055
Theo tiêu chuẩn: AISI 1055, JIS S55C, DIN CM55.
Độ cứng đạt: 210- 235 HB
Độ bền kéo : 700N/mm2.
Đặc điểm: Tiêu chuẩn 1055 là loại thép dễ dàng gia công với những đặc tính sau:
Gia công tiện phay tốt
Có khả năng chống mài mòn…….
2 Thép không gỉ 2083
Bảng 4.4.Thành phần hóa học chủ yếu(%)
Theo tiêu chuẩn : AISI 420, SF-420, HPR-38, Stavax
Độ cứng đạt : 26÷30 HRC
Đặc điểm: Tiêu chuẩn 2083 là thép hợp kim Crôm không gỉ đã được tôi cứng và Ram sẵn với các dặc tính sau:
· Khả năng chống gỉ cao
· Khả năng chống mài mòn cao
3 Thép C45
Vật liệu chi tiết lòng khuôn và lõi khuôn
Đặc điểm của loại thép này là hàm lượng cacsbon trung bình(0,42-0,49%)có cơ tính tổng hợp cao,nếu qua nhiệt luyện tốt cơ tính tổng hợp tăng cao đồng thời tăng khả năng chống mài mòn của chi tiết.
1.2 Tìm hiểu về máy ép phun
v Cấu tạo máy ép phun
Là hệ thống giúp vận hành máy ép phun. Hệ thống này gồm 4 hệ thống con :
- Hệ thống thủy lực (Hydraulic system)
- Hệ thống làm nguội ( Cooling system)
2. Hệ thống phun :
Hệ thống phun làm nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và định hình sản phẩm. Hệ thống này gồm
- Phễu cấp liệu (Hopper).
- Các băng gia nhiệt (Heaterband).
v Các bộ phận trong hệ thống phun :
a) Phễu cấp liệu : chứa vật liệu dạng viên để cấp vào khoang trộn.
b)Khoang chứa liệu : chứa nhựa và để vít trộn di chuyển qua lại bên trong nó. Khoang trộn được gia nhiệt nhờ các băng cấp nhiệt. Nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệu cung cấp từ 20 đến 30% nhiệt độ cần thiết để làm chất lỏng vật liệu nhựa.
c) Các băng gia nhiệt : Giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu để nhựa bên trong khoang luôn ở trạng thái chảy dẻo.
+ Vùng nén hay vùng chuyển tiếp (Transition or compression section) : chiếm khoảng 25% chiều dài hoạt động của trục vít.Ở vùng này, đường kính ngoài của trục vít không đổi nhưng chiều sâu các cánh vít thay đổi nhỏ dần từ vùng cấp liệu đến cuối vùng định lượng. Chính nhờ cấu tạo đặc biệt này mà các cánh vít làm cho nhựa bị nén chặt vào thành trong của khoang chứa liệu, điều này tạo ra nhiệt ma sát. Nhiệt ma sát cung cấp khoảng 70 đến 80% lượng nhiệt cần thiết để làm chảy dẻo vật liệu.
+ Vùng định lượng (Metering section) : chiếm khoảng 25% chiều dài hoạt động của trục vít,có chức năng cung cấp nhiệt độ để vật liệu chảy dẻo một cách đồng nhất và làm bắn vật liệu chảy vào khuôn qua cuống phun. Chiều sâu cánh vít ở vùng này là bé nhất và hầu như không đổi.
Để đánh giá được khả năng làm chảy dẻo vật liệu của trục vít cao hay thấp người ta dựa
vào hai thông số chính đó là : L/D và Df/Dm. Tỉ lệ L/D nhỏ nhất là 20 : 1, tỉ lệ Df/Dm thường là 3:1; 2.5:1 và 2:1.
e) Bộ hồi tự hở hay van hồi tự mở (Non –return assemdly or non-return valve)
Khi trục vít lùi thì vòng chắn hình nêm di chuyển về hướng vòi phun và cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít. Còn khi trục vít di chuyển về phía trước thì vòng chắn hình nêm sẽ di chuyển về hướng phễu và đóng kín với seat không cho nhựa chảy ngược về phía sau.
f .Vòi phun : có chức năng nối khoang trộn với cuống phun và phải có hình dạng đảm bảo bịt kín khoang trộn và khuôn. Nhiệt độ ở vòi phun nên được cài đặt lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ chảy của vật liệu
1.3 Tìm hiểu khuôn ép phun
1.3.1 Phân loại các bộ khuôn ép phun
1. Khái niệm cơ bản
Khuôn là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau,ở đó nhựa được phun vào,được làm nguội và đẩy sản phẩm ra,Sản phẩm được tạo thành giữa hai phần của lòng khuôn,khoảng trống giữa hai phần khuôn được điền đầy bởi nhựa và nó sẽ mang hình dáng của sản phẩm
2. Cấu tạo chung và cách phân loại:
Khuôn là dụng cụ tạo hình để sản xuất một sản phẩm với hình dạng và kích thước đã định, kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào kích thước, hình dáng sản phẩm.Có nhiều loại khuôn khác nhau, mỗi loại khuôn đều có những đặc điểm kết cấu đặc trưng song đối với khuôn cho các vật liệu nhựa thì kết cấu cơ bản gồm các phần sau:
- Vùng lòng khuôn - Bộ phận điều tiết nhiệt độ khuôn
- Bộ gá lắp khuôn vào máy - Bộ phận dẫn vật liệu
* Phân loại
Khuôn nhìn chung có thể được chia ra theo các nhóm khuôn chính như sau:
a. Nhóm khuôn đơn giản chỉ gồm chầy và cối
Trong nhóm khuôn này cấu tạo của khuôn tương đối đơn giản chỉ gồm chầy và cối sản phẩm khi tháo cũng rất đơn giản kết cấu tháo sản phẩm chỉ gồm có các chốt đẩy và chốt Z để giữ kênh nhựa do đó loại này thường chỉ dùng khuôn hai tấm. Các miếng ghép lòng khuôn nếu có cũng chỉ đơn giản là đảm bảo tạo hình và giảm độ phức tạp cho gia công, nhóm này sản phẩm chủ yếu là dạng nửa hộp hay dạng khối không có phần cửa sổ cắt ngang. Chúng ta có thẻ thấy rõ được hình dạng của nó qua hình 3.3
c. Nhóm khuôn có miếng ghép lòng khuôn di trượt
Loại khuôn này dùng cho những sản phẩm rất phức tạp mà có các cửa sổ cắt ngang qua chi tiết hoặc các lỗ sâu đâm ngang chi tiết, các chi tiết có gờ. Loại khuôn đa số có cấu tạo dạng chốt xiên.
Khi khuôn mở ra đồng thời trong quá trình đó chốt xiên di chuyển nên trên làm cho lòng khuôn được tách ra làm hai hay nhiều phần theo chiều ngang khi đó sản phẩm được lấy ra rất dễ dàng.
1.3.2 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ khuôn.
a. Khuôn 2 tấm.
Đây là loại khuôn rất thường gặp trong sản xuất. Nó gồm hai mảnh, mảnh khuôn trước cố định mảnh khuôn sau chuyển động. Mảnh khuôn trước này thường có phần dẫn nhựa láng vào khuôn gọi là bạc cuống phun, một phần của lòng khuôn, và có phần dẫn hướng cho mảnh khuôn sau hình (1.12)
Mảnh khuôn sau thường có phần của lòng khuôn hệ thống đẩy sản phẩm ra,phần đì khuôn, lỗ dẫn hướng, lỗ làm mát...
- Tấm di động: Phần này có một nửa của khuôn, chuyển động ra vào để tạo khuôn ép sản phẩm và lấy sản phẩm ra.
- Hệ thống đẩy: Nằm trong khuôn sau, đẩy sản phẩm đã được định hình ra khỏi khuôn
- Lõi giúp tạo lỗ trong sản phẩm.
b. Khuôn 3 tấm.
Khuôn này gồm ba phần chính: Phần cố định, phần chuyền động và phần thứ ba có thể tháo kênh nhựa.
- Phần cố định: gồm tấm kẹp trước và một tấm trung gian để tháo miệng phun
Phần chuyển động: có chức năng như phần chuyển động khuôn hai tấm ngoài ra có thêm phần để tạo ra chuyển động giữa khuôn sau với tấm thứ ba.
- Phần tháo kênh nhựa để tháo hệ thống kênh nhựa.
c. Khuôn nhiều tầng.
Khi yêu cầu một số lượng sản phẩm lớn và để giữ giá thành sản phẩm thấp, hệ thống khuôn nhiều tầng được chế tạo để giữ lực kẹp của máy thấp (nghĩa là sử dụng cho loại máy có kích thước nhỏ). Với loại hệ thống khuôn này chúng ta có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn.
Về kết cấu khuôn nhiều tầng về cơ bản gồm 3 phần chính:
- Phần một là gồm tấm kẹp cố định để kẹp một phần tấm khuôn là phần lõi khuôn, hệ thống phun nhựa và hệ thống chốt đẩy
- Phần hai là tâm khuôn di chuyển chứa các lòng khuôn và kênh nhựa
- Phần ba là hệ thống chuyển động có chức năng giống chức năng ở khuôn hai tấm
Nguyên lý hoạt động giống khuôn 2 tấm nhưng chi khác ở chỗ, khi nhựa được ép xong thì sản phẩm đều được lấy từ khuôn 2 tấm khuôn ngoài
1.3.3 Cơ sở lý thuyết thiết kế khuôn
1. Cơ sở dữ liệu cần thiết trước khi thiết kế khuôn.
* Các số liệu về sản phẩm: Bản vẽ chi tiết (mẫu), vật liệu nhựa, số lượng sản phẩm, yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm
* Số liệu về máy phun nhựa
Ta phải kiểm tra các thông số lực phun, lực kẹp, mũi phun, kích thước bệ khuôn tối đa và tối thiểu, khoảng mở của máy phun, lượng nhựa tối đa cho một mẻ đúc do nhà cung cấp đưa cho như vậy mới có thể chọn bộ khuôn phù hợp.
2. Mô hình quy trình thiết kế khuôn ép nhựa.
Để chế tạo ra được sản phẩm khuôn có khả năng làm việc tốt: Năng suất hoạt động của khuôn cao, tỉ lệ phế phẩm ít, vật liệu sử dụng tiết kiệm… Thì trong quá trình thiết kế và chế tạo khuôn cần tuân theo Các bước:
1.4 Tìm hiểu công nghệ ép phun nhựa
+ Công nghệ ép phun là quá trình phun nhựa nóng chảy điền đầy vào lòng khuôn. Khuôn được giữ, ép chặt trên máy đúc và làm nguội vật liệu nhựa trong lòng khuôn. Khi vật liệu nhựa đông đặc trong lòng khuôn nó sẽ mang hình dáng của lòng khuôn chính là hình dáng của sản phẩm
+ Các sản phẩm nhựa có mặt ở khắp nơi từ những sản phẩm dân dụng đến những sản phẩn công nghiệp. Hầu hết các sản phẩm này đều có hình dáng, màu sắc rất phong phú đa dạng và chúng là những sản phẩm không thể thiếu trong cuộc sông hiện đại ngày nay. Phần lớn các sản phẩm nhựa này được tạo ra bằng công nghệ ép phun.
+ Với những tính chất ưu việt như: Dẻo, dai, nhẹ, có thể tái chế, an toàn với con người, ít có những phản ứng hoá học trong điều kiện bình thường...Vật liệu nhựa đã thay thế các loại vật liệu khác như: Sắt, nhôm, gang, đồng...đắt tiền và khó chế tạo. Trong tương lai các sản phẩm nhựa vẫn còn được con người sử dụng phổ biến cho đến khi tìm ra được một vật liệu khác ưu việt hơn để thay thế vì thế ngành công nghiệp ép phun các sản phẩm nhựa vẫn giữ một vị trí quan trọng
Chương 2. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CAE VÀ CNC
CAD – (Computer Aided Design )là thiết kế có sự trợ giúp của máy tình.
CAM –(Computer Aided Manufacture) là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính
CAE –(Computer aided engineering) Phân tích kỹ thuật với sự hỗ trợ của máy tính
CNC – (Computer Numerical Control) Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính
2.1 Tìm hiểu công nghệ CAD/CAM/CAE
2.1.1 khái niệm cơ bản
1. Công nghệ CAD
CAD là từ viết tắt của Computer Aided Draft hoặc Computed Assisted Design.
Hiểu một cách chung nhất tức CAD là sử dụng máy tính trong quá trình thiết kế và lập bản vẽ. Theo phương pháp truyền thống thì các bản vẽ kỹ thuật thì được vẽ bằng tay. Công việc này đòi hỏi rất nhiều công sức và thời gian đặc biệt là những chi tiết phức tạp. Vì vậy mà ngày nay CAD với sự trợ giúp của máy tính được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực mà không chỉ riêng trong lĩnh vực cơ khí sản xuất mà còn trong cả xây dựng, kiến trúc, mỹ thuật, thương mại, y học…
a. Ưu điểm của CAD:
- Tạo và sửa lỗi dễ dàng hơn
- Lưu và tái sử dụng các bản vẽ dễ dàng hơn bằng đĩa cứng hay CD
- Tăng độ chính xác do vẽ bằng máy tính nên bản vẽ xuất ra chắc chắn chính xác hơn làm bằng tay
- Lưu trữ thành cơ sở dữ liệu dễ dàng quản lý hơn.Đồng thời chuyển file mô hình dễ dàng hơn,giảm thiểu thời gian trao đổi thảo luận giữa các kĩ sư ở các nơi khác nhau
- Việc phân tích mô phỏng và kiểm tra mô hình 3D dễ dàng hơn
b. Nhược điểm của CAD:
- Thời gian và chi phí cho việc đào tạo người sử dụng CAD lớn
- Thời gian và chi phí cho việc chuyển các bản vẽ cũ vẽ bằng tay sang CAD lớn
2. Công nghệ CAM
v CAM - Computer Aided Manufacture Sản xuất với trợ giúp của máy tính: dùng để chỉ những phần mềm dùng để sinh ra những đoạn mã (G-code) hợp lệ cho máy CNC và được máy CNC cắt theo một hình dạng đa được thiết kế trước bởi hệ thống
Tạo dữ liệu đầu vào cho các máy điều khiển số (chương trình gia công cho máy điều khiển số).
3. Công nghệ CAE
v Khái niệm
CAE là thuật ngữ viết tắt của cụm từ "Computer Aided Engineering" là phương pháp thực nghiệm, tính toán, mô phỏng để tìm giải pháp thiết kế tối ưu nhất, giá rẻ nhất, thời gian nhanh nhất trên máy tính dựa trên các thuật toán FEM v.v...
v Các bước thao tác CAE
- Thu thập và xử lý thông tin: Thu thập các thông tin liên quan đến điều kiện thiết kế
sản phẩm rồi xử lý, sàng lọc các thông tin, điều kiện ràng buộc liên quan đến sản phẩm thiết kế để tìm ra hướng giải pháp và mục tiêu thiết kế.
- 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, các thông số môi trường.
+ Hậu xử lý: Phân tích hình ảnh hoặc các trị số do 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...
Trên thế giới, cuộc cách mạng về máy tính điện tử đã có tác động lớn vào nền sản xuất công nghiệp. Đặc biệt, trong ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu hiện đại, công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi, để nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang sản xuất công nghệ cao , nhờ đó các giai đoạn thiết kế và chế tạo khuôn mẫu từng bước được tự động hoá.
Trong thực tế ở đa số các cơ sở sản xuất khuôn mẫu người ta thường sử dụng nhiều nhất hai loại máy gia công đó là máy phay CNC và máy xung định hình để gia công chế tạo khuôn mẫu.Với các loại máy phay từ 3 đến 5 trục chúng ta có thể gia công được những biên dạng khá phức tạp (phay bề mặt, phay hốc, phay rãnh, phay theo các biên dạng 3D phức tạp...v..v ). Đặc biệt gần đây với sự phát triển của khoa học kỹ thuật người ta còn chế tạo ra các loại bàn xoay, khi lắp đặt thêm bàn xoay cho máy CNC thì khả năng công nghệ của máy tăng lên. Việc lắp đặt thêm bàn xoay có ý nghĩa như là làm tăng thêm một hoặc thậm chí vài trục chuyển động cho máy gia công từ đó giúp máy có thể gia công được các biên dạng phức tạp hơn.
Với máy xung định hình (máy xung tia lửa điện ), điện cực mang hình dạng của sản phẩm, khi gia công hình dạng của điện cực sẽ tạo biên dạng của lòng ,lõi khuôn trên phôi.
Để tạo ra điện cực thì chúng ta có thể sử dụng chính các máy phay CNC để gia công tạo biên dạng cho điện cực.Việc gia công tạo biên dạng cho điện cực sẽ đơn giản hơn là gia công tạo biên dạng cho lòng lõi khuôn với cùng một biên dạng của sản phẩm, bởi vì việc gia công các mặt lồi đối với điện cực sẽ đơn giản hơn nhiều so với việc phải gia công các mặt lõm đối với lòng lõi khuôn. Ngoài ra, với sự phát triển không ngừng của công nghệ CAD/CAM CAE vàCNC người ta đã đưa ra một phương pháp tạo mẫu mới đó là phương pháp tạo mẫu nhanh. Với phương pháp tạo mẫu nhanh khi áp dụng vào việc chế tạo các điện cực thì công việc trở nên đơn giản và nhanh hơn rất nhiều so với các phương pháp thông thường.
1. Khái Niệm , Ưu – Nhược điêm công nghệ CNC
Các máy điều khiển số(CNC) là những máy cắt kim loại có hiệu quả cao và đang được sử dụng rông rãi trong các nhà máy cơ khí,sử dụng máy này không chỉ cho phép đạt mức tự đông hóa gia công cao mà còn tạo khả năng điều chỉnh nhanh để gia công bất kì chi tiết nào trong phạm vi đặc tính kĩ thuật của máy.
Khi làm việc trên máy CNC người công nhân thực hiện cấp phôi cho máy,tháo chi tiết sau khi đã gia công,gá công cụ,thay đồ gá,mở máy,kiểm tra chi tiết và quan sát hoạt đông chung của máy trước khi gia công người thợ phải đưa vào hệ thống điều khiển một chương trình gia công dưới dạng một chuỗi các lệnh điều khiển. Hệ thống các lệnh điều khiển số có khả năng thực hiện các lệnh này và kiểm tra chúng nhờ một hệ thống đo dịch chuyển của các bàn trượt của máy.
Công nghệ CNC – Computer Numerical Control(Điều khiển có sự trợ giúp của máy tính) với hàng loạt các ưu điểm nổi bật, đặc biệt như:
a. Tự động hóa sản xuất
Máy CNC không chỉ quan trọng trong ngành cơ khí mà còn trong nhiều ngành khác như may mặc, giày dép,v.v. Bất cứ máy CNC nào cũng cải thiện trình độ tự động hóa của doanh nghiệp: người vận hành ít, thậm chí không còn phải can thiệp vào hoạt động của máy. Sau khi nạp chương trình gia công, nhiều máy CNC có thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, giải phóng nhân lực cho công việc khác. Mặt khác, ít xảy ra hỏng hóc do lỗi vận hành, thời gian gia công được dự báo chính xác, người vận hành không đòi hỏi phải có kỹ năng thao tác (chân tay) cao như điều khiển máy công cụ truyền thống.
- 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 đặc biệt là những chi tiết khó gia công trên các máy công cụ cổ điển.
2. Điều khiển CNC
a. Điều khiển chuyển động
Với máy CNC, cơ cấu chấp hành là các động cơ servo với bộ điều khiển CNC thông qua một chương trình gia công (part program). Các dạng chuyển động (nhanh hay ăn dao, thẳng hay cung tròn), trục nào hoạt động, tốc độ ăn dao bao nhiêu đều có thể lập trình.
Một lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điểu khiển sẽ báo cho mô tơ chủ động quay đúng số vòng cần thiết kéo theo trục vitme bi quay số vòng tương ứng. Tới lượt mình vitme bi kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy hoặc dao. Thiết bị phản hồi ở đầu kia của vitme bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh đúng khi số vòng quay cần thiết được thực hiện.
d. Chú giải cho các ký hiệu trong câu lệnh CNC
Mỗi từ trong lệnh CNC có địa chỉ chữ và giá trị số. trên nguyên tắc các nhà sản xuất bộ điều khiển CNC khác nhau có những quy ước khác nhau cho bộ điều khiển của mình. Tuy vậy có những ký hiệu chính được dùng giống nhau và đã trở thành tiêu chuẩn như ở dưới đây :
O- Đánh số chương trình
N- Số thứ tự dòng lệnh.
G- Chức năng chuẩn bị( Preparatory Function).
X - Trục X. Y - Trục Y.
2.3 Tìm hiểu phần mềm CATIA
Hiện nay trên thế giới có đến hàng trăm loại sản phẩm phần mền CAD/CAM,tùy theo từng lĩnh vực nghiên cứu,ngành nghề cụ thể mà các nhà thiết kế sẽ có những đầu tư riêng biệt nhằm nâng cao tính khả thi cho từng loại
Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE- 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất. Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mô hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dưa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing), khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE(Computer Aid Engineering) của phần mềm CATIA. Dưới đây là một số ứng dụng của phần mềm CATIA :
2.3.1 Cấu Trúc Phần Mềm CATIA:
Phần mềm CATIA thiết kế với cấu trúc phân thành nhiều Module với các chức năng khác nhau trong thiết kế, phân tích, lắp ráp,chế tạo cũng như mô phỏng, xuất bản vẽ…
1. Mechanical Design:
Là phần chuyên về thiết kế sản phẩm của CATIA. Nó bao gồm nhiều Module với các chức năng khác nhau. Sau đây là một số Module cơ bản và chức năng của chúng.
- Part Design: Module thiết kế Solid, tạo các chi tiết khối rắn Solid.
- Wireframe & Surface Design: Module thiết kế khung dây và các bề mặt Surface phức tạp.
- Drafting: Module tạo các bản vẽ 2 chiều một cách tự động với cơ sở là các bản vẽ 3D.
- Assembly Design: Module lắp ráp các chi tiết thành một cụm sản phẩm hay một sản phẩm hoàn chỉnh.
Là phần chuyên để phân tích phần tử hữu hạn (phân tích FEM ứng suất, biến dạng kết cấu, phân tích tần số, phân tích nhiệt, phân tích độ ổn định…) của chi tiết máy cũng như của cả kết cấu của một máy gồm nhiều chi tiết. Gồm 3 Module sau:
- Advanced Meshing Tools: Module tạo và hiệu chỉnh việc chia lưới phần tử hữu hạn, tối ưu hoá việc chia lưới khi phân tích phần tử hữu hạn.
- Generative Structural Analysis: Module tạo các ràng buộc, các thuộc tính, đặt lực và phân tích phần tử hữu hạn cũng như đưa ra các kết quả phân tích FEM.
3. Machining:
Là phần sau khi thiết kế Design và phân tích phần tử hữu hạn, các chi tiết 3D được đưa vào Module này để tiến hành tạo các chu trình gia công CNC, cuối cùng là xuất mã gia công (NC Code) ra các File để chuyển sang bộ nhớ của máy CNC để tiến hành gia công sản phẩm. Chứa các Module trợ giúp cho việc tạo các chu trình gia công như tiện, phay, tạo mẫu nhanh trên các máy CNC từ 2 trục đến 3, 4, 5 trục.
- Advanced Machining: Tạo các bước gia công thô, bán tinh, tinh bề mặt Surface phức tạp trên các máy nhiều trục.
Việc cuối cùng là xuất các mã gia công NC Code (Với định dạng mã G-Code hoặc các loại mã khác thông dụng) ra các Files Text trên máy tính để chuyển vào bộ nhớ máy CNC tiến hành gia công.
- Tạo ra Files NC Code từ chương trình Program trong kiểu tương tác. Để có kết quả tốt nhất, nên kiểm nghiệm chu trình gia công của chương trình Program bằng cách Replay hoặc Simulation. Thủ tục tạo ra mã NC sẽ tạo theo cùng một kiểu.
- Nếu Post Processor được thiết lập là None, thì sẽ không cho phép sinh mà NC Code (Mã G). Chỉ có thể sinh ra mã APT Code hoặc CL Code.
- Sau khi thiết lập như ở trên. Trong NC Data Type chọn NC Code. Trong NC Code Tab Page của hộp thoại, sử dụng danh sách trải xuống để tạo loại mã NC Code tuỳ theo các nhà sản xuất. Ví dụ chọn mã Fanuc_CNC88_Mill3 để tạo mã NC Code.
- Click nút Execute để tạo Files NC Code.
Chương 3: ỨNG DỤNG CATIA VÀO TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ KHUÔN ÉP NHỰA
3.1 Tính toán thiết kế khuôn
Chi tiết làm khuôn “Nắp vỏ Máy Nén Khí” có các yêu cầu sau:
+ yêu cầu kỹ thuật:
- Không tróc rỗ,không ba via
- bề mặt tạo được nhám
3.1.1 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 của chi tiết ta dùng công thức sau:
Gsp = V. (3.1)
Trong đó :
· Gsp -khối lượng sản phẩm
· V- thể tích của sản phẩm.
Để tính thể tích chi tiết có thể tính theo nhiều cách song để thuận tiện hơn ta sử dụng phần mềm CATIA hỗ trợ tính toán tự động,ta có V = 1986 mm3 = 1.98cm3.
Thay số:
Gsp = V. = 1.98x1,05 = 2,08 g.
như vậy 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
3.1.2 Chọn vật liệu chế tạo chi tiết và khuôn.
+ Vật liệu chọn cho sản phẩm nắp vỏ máy nén khí là ABS(acrylonitrile butadiene styren) Lý do:
- vật liệu APS có tinh chất như độ cứng bề mặt ngoài cao và khó bị xước. Nhuộm màu tốt có ánh quang bề mặt và Dễ tạo hình bằng phun. Tốt cho làm chi tiết máy. Các chi tiết vỏ hộp của các loại máy móc thiết bị phù hợp với tính chất làm việc của chi tiết nắp vỏ máy nén khí
3.1.3. chọn máy ép phun:
Các thông số của máy phun nhựa
1. Lực kẹp (tấn): Được tính bởi số tấn của lực khoá khuôn.
Fc = Lực kẹp tấn(KN)
Pi = áp lực (kg/cm3)
A =Thiết diện lớn nhất vuông góc với phương mở khuôn của lòng khuôn
Quy tắc tính là: Cứ 2,5Tấn/in2 của diện tích được phun
Hình chiếu của bề mặt lòng khuôn xuống mặt phẳng phân khuôn có dạng hình vành khăn với diện tích xác định như sau:
A=p.(R2- r2)=3.14*[(60/2)2- (23/2)2] =2.411 mm2 =2.411*0,03942 in2 = 3,74 in2
(Trong đó 1 in = 2.54 cm = 25.4 mm hay 1 mm = 0,0394 in)
Fc=2,5*3,74”=9,36 Tấn.
Do có 4 lòng khuôn nên Fc = 2*9,36 = 37,44 (tấn)
4. Tốc độ phun: đó là tốc độ Max mà toàn bộ Polycacbonat dự kiến có thể phun qua ống mỏ vịt ở áp suất cho trước.
5. 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.
Căn cứ trên hai thông số m (khối lượng nhựa của sản phẩm) và P (lực khoá khuôn) và số lòng khuôn là 4 đã xác định ở trên, dựa vào catalog giới thiệu về máy ép phun có tại công ty chọn được máy thích hợp với các thông số sau:
3.1.4 Tính toán số lòng khuôn và phương án bố trí lòng khuôn
1.Tính toán số lòng khuôn.
* Số lòng khuôn tính theo số lượng sản phẩm đặt hàng.
N=L.K.tc/(8.3600.tm) (3.2)
Trong đó:
N: số lòng khuôn tối thiểu.
L: số sản phẩm trong lô sản xuất.(36000)
K: hệ số do phế phẩm K=i-k với k là tỉ lệ phế phẩm.
tc : thời gian của một chu kì ép phun(s)
tm :thời gian hoàn tất lô sản phẩm(ngày).
Trong quỹ thời gian đó bao gồm có quá trình thiết kế sản phẩm, tách khuôn chi tiết trên phần mền, gia công các nửa khuôn, ép thử sản phẩm và thời gian ép chính thức để hoàn tất đơn đặt hàng.
Để đảm bảo quỹ thời gian giao hàng, các quá trình từ thiết kế tới ép thử sản phẩm cho phép thời gian khoảng 5 ngày, như vậy quá trình ép phun các sản phẩm của lô hàng là 10 ngày. (tm = 10 ngày) .
Thời gian điền đầy sản phẩm khoảng (thời gian phun) là 4s, chọn chu kỳ ép phun là 30s. Áp dụng công thức tính số lòng khuôn theo đơn đặt hàng với hệ số phế phẩm của lô sản phẩm là 0,1.(tỉ lệ phế phẩm được rút ra trong quá trình ép thử sản phẩm). Suy ra số lòng khuôn tối thiểu được tính là :
N = L.K.tc/(8.3600.tm)
N = (36000.0,95.30)/ (8.3600.10) = 3,56
Vậy số lòng khuôn tối thiểu là 4 lòng khuôn.
2 Phương pháp bố trí lòng khuôn
Với sản phẩm là Nắp Vỏ Máy Nén Khí do sản phẩm có bề dày mỏng dùng khuôn với 4 lòng khuôn để đảm bảo năng suất,tiến độ giao hàng
Khuôn có 4 lòng khuôn: Với 4 lòng khuôn ta có kiểu bố trí các lòng khuôn là hình vuông
3.1.5 Tính toán cối khuôn và chày khuôn
Từ bản vẽ chi tiết:Vật liệu cho sản phẩm nắp Vỏ Máy Nén Khí là loại nhựa ABS có độ co trung bình là: 0.6% Nếu như không tính đến độ co của nhựa thì kích thước lòng khuôn đúng bằng khích thước bao của của sản phẩm nhưng có tính đến độ co nên kích thước thực của lòng khuôn có to hơn kích thước của sản phẩm một chút do đó chỉ cần quan tâm đến kích thước nào liên quan đến kích thước bao của sản phẩm mới tính .
- Các kích thước bao của chi tiết là: 110 x 60 x 10mm
Xác định kích thước lòng khuôn theo công thức sau: (3.6)
Vậy kích thước của lòng khuôn sau khi tính đến độ co ngót của nhựa sẽ là:
alongkhuon = 110 x (1 + 0,06) = 116.6 mm
blongkhuon = 60 x (1 + 0,06) = 63.6 mm
clongkhuon = 10 x (1 + 0,06) = 10.6 mm.
Phần gờ lắp ráp của hai phần của sản phẩm cần có độ côn để dễ tháo sản phẩm do đó có góc côn là: 10
Với khuôn 4 lòng khuôn, có tính đến không gian đặt các chốt đẩy, chốt xiên, chốt đỡ phụ ta chọn tấm lòng và tấm lõi khuôn có kích thước bao lần lượt là: 320 x 220 x 50mm và 320 x 220 x 30 mm.
3.2. Lực phun và lưu lượng nhựa ép vào.
Độ nhớt của nhựa ABS: 0.01(Kg.sec/cm2).
Thay vào (1) có: DP= Kg
3.3. Ứng dụng Catia để thiết kế khuôn
1 . Thiết Kế Tạo Hình Dáng Của Sản Phẩm bằng phần mền Catia
+ Các modul sử dụng trong thiết kế sản phẩm
(Các bước và cách sử dung các Modul để thiết kế sản phẩm em đã cụ thể hóa ở đĩa CD)
2. Thiết kế khuôn
v Chuẩn bị sản phẩm thiết kế khuôn
Sản phẩm trước khi thiết kế khuôn phải được kiểm tra góc vát khuôn để đảm bảo sản phẩm sau khi gia công sẽ được lấy ra dễ dàng mà không bị biến dạng
v Tính Toán Tỷ Lệ Co Ngót.
Chất dẻo sẽ bị co khi nguội. Với nhựa ABS thì tỷ lệ co ngót lấy là 1,06. Như vậy lòng khuôn sẽ lớn hơn sản phẩm một chút, sản phẩm lúc trong khuôn còn nóng sẽ có kích thước giống lòng khuôn, nhưng khi nguội thì nó sẽ co về kích thước mong muốn của người thiết kế.
+ Kích chuột vào biểu tượng scaling .
v Tạo Mặt Phân Khuôn
Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc của các nửa khuôn với nhau.nhờ mặt phân khuôn có thể tạo lòng khuôn chính xác.
a. Các nguyên tắc chọn mặt phân khuôn:
- Mặt phân khuôn chọn sao cho lòng khuôn dễ gia công nhất, khi ép ra sản phẩm không có ba via, đảm bảo tính thẩm mĩ của chi tiết.
- Mặt phân khuôn nên là mặt phẳng, tránh mặt bậc, mặt cong.
- Mặt phân khuôn đảm bảo lấy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn một các dễ dàng thuận tiện, Mặt phân khuôn qua tiết diện lớn nhất của chi tiết.
b. các bước tiến hành(cụ thể ở đĩa CD)
- Mặt phân khuôn được tạo ra trong môi trường Generative Shape Design
- Sử dụng Các công cụ chính
+ Surfaces Toolbar
+ Click Sweep ICon . Hộp thoại mở ra và chọn kiểu Profile Type: Line trong hộp thoại. Chọn With Reference Surface trong danh sách Subtype. Chọn PartingLine trong cây phả hệ cho mục Guide Curve. Chọn mặt phẳng XY cho mục Reference Surface. Nhập giá trị 20mm cho Length1. Click OK để tạo
Cuống phun là chỗ nối giữa vòi phun của máy phun và kênh nhựa.Để sản phẩm và hệ thống rãnh dẫn dễ thoát ra khỏi khuôn thì cuốn phun phải được vuốt từ 1.5 – 3.5mm theo dọc chiều dài của cuống và phải được làm bóng.
c. Miệng phun
v 1 số yêu cầu kĩ thuật khi thiết kế miệng phun:
- Tránh thiết kế cổng gây ra dòng chảy dài hội tụ tạo thành bẫy khí,tại các vị trí đó có thể thiết kế các van thoát khí
- Nếu có thể thì thiết kế vị trí của cổng ở vùng sản phẩm dáy nhất
- Lựa chọn vị trí cổng để sán phẩm đạt độ bền cao nhất theo chiều dòng chảy, đặc biệt vật liệu có độn hoặc gia cường
- Miệng phun phải được đặt xa các phần sẽ chịu va chạm hay chịu uốn.Khu vực miệng phun có khuynh hướng chịu ứng suất dư do quá trình điền đầy khuôn và thường là vị trí yếu nhất
- Hạn chế các dòng chảy giao nhau,đặc biệt là tại các vị trí chịu ứng suất và va đập cao.Nên định hướng các dòng chảy giao nhau tại những chỗ dày của sản phẩm.
- Với những khuôn có nhiều cốc khuôn,yêu cầu miệng phun của mỗi cốc phải có cùng kích thước (đường kính và bề dày).Điều này đảm bảo có sự cân bằng dòng chảy đến mỗi cốc khuôn
- Dòng chảy phun thẳng trực tiếp vào thành cốc khuôn để tránh sự ửng đỏ và phun tia
3.4.2 Thiết kế hệ thống đẩy.
Hệ thống đẩy đóng vai trò quan trọng trong khuôn ép phun,việc bố trí hệ thống đẩy phù hợp sẽ giúp lấy sản phẩm ra khỏi khuôn dễ dàng,đảm bảo phần ngoại quan bên ngoài của sản phẩm,nó còn góp phần giảm chu kỳ ép ra 1 sản phẩm.Những lưu ý khi thiết kế hệ thống đẩy trên:
+ Phải đảm bảo độ cứng vững của chốt đẩy,tránh trường hợp khoảng đẩy quá dài mà đường kính chốt đẩy lại quá nhỏ.
+ Bố trí độ lớn khoảng cách giữa các chốt đẩy phù hợp.Khoảng cách quá lớn sẽ không đủ lực để đẩy sản phẩm,ngược lại khoảng cách ngắn sẽ tốn chi phí gia công và không đủ chỗ bố trí hệ thống làm nguội
+ Ở giữa tấm đáy,ta gia công lỗ ø80 để xy lanh đẩy trên máy ép phun có thể đẩy 2 tấm đội lên.
Để đẩy sản phẩm,xilanh đẩy trên máy ép phun đẩy 2 tấm đội lên,theo đó, chốt đẩy sẽ đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn.
Ta bố trí 4 lò xo lồng trong 4 chốt hồi ,chúng có công dụng sau khi xi lanh đẩy trên máy ép phun rút về thì dưới lực đẩy của lò xo,2 tấm đội cũng tự lui về.Do vậy,nếu có trường hợp sản phẩm đã ra khỏi tấm cái nhưng chốt đẩy vẫn còn nằm trên sản phẩm thì khi chốt hồi lùi về,sản phẩm vướng lại ở phần đầu của tấm cái và sẽ tự rớt ra ngoài.
Ngoài ra ta còn phải tính đến sự liên quan giữa chiều dài của lò xo và khoảng cách lói để tính chiều cao gối đỡ,để khi 2 tấm đội lói lên 1 khoảng đã tính toán thì lo xo vẫn chưa nén hết.
3.4.3 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 nằm ở khuôn trước và bạc dẫn hướng nằm ở khuôn sau để dễ điều khiển để đẩy sản phẩm ra.
Ứng với dạng sản xuất đơn chiếc,và điều kiện cơ sở hạ tầng sẵn có ta kết hợp cả 2 phương án là Gia công trên các máy vạn năng và gia công trên máy CNC
4.2 Phân tích chức năng,điều kiện làm việc của chi tiết
Dựa vào bản vẽ chi tiết gia công lòng khuôn và áo khuôn là chi tiết thuộc dạng hộp. Hộp là một chi tiết khá điển hình, nhưng việc gia công bao gồm rất nhiều bước phải gia công như khoan khoét doa các lỗ, phay hốc tấm áo, gia công các biên dạng phức tạp
* Chức năng làm việc.
Đối với tầm lòng khuôn nó chứa lòng khuôn của chi tiết, các lỗ chốt, lỗ ren để bắt vào tấm áo khuôn.
Đối với tấm áo khuôn. Nó dùng để ôm lòng khuôn vào và giữ chặt bằng các vít. Trên áo khuôn này có bao gồm lỗ chốt dẫn hướng, lỗ ren, đường dẫn nước, vv...
* Điều kiện làm việc.
Bộ khuôn sẽ chịu lực va đập khi làm việc, nhưng không quá lớn và do sản xuất đơn chiếc theo đơn đặt hàng nên yêu cầu về độ bền không cần quá cao. Nhiệt độ làm việc tại bề mặt khuôn khá cao do nhiệt từ nhựa nóng chảy truyền sang do đó cần phải có hệ thống làm mát để làm nguội chi tiết và lòng khuôn.
4.3 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết
Tính công nghệ trong kết cấu là một tính chất quan trọng của sản phẩm hoặc chi tiết cơ khí nhằm đảm bảo lượng tiêu hao kim loại ít nhất, khối lượng gia công và lắp ráp là ít nhất, giá thành chế tạo là thấp nhất trong điều kiện và quy mô sản xuất nhất định.
4.4 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi
Phương pháp chọn phôi phụ thuộc vào nhiều vấn đề như chức năng kĩ thuật, kết cấu
của chi tiết máy trong cụm máy, vật liệu sử dụng, yêu cầu kĩ thuật hình dáng bề mặt và kích thước của chi tiết, quy mô và tính loạt của sản xuất.
- Chọn phôi.
Chọn phôi nghĩa là chọn loại vật liệu chế tạo, phương pháp hình thành phôi, xác định lượng dư gia công cho các bề mặt, tính toán kích thước và quyết định dung sai cho quá trình chế tạo phôi.
Vật liệu chế tạo phôi là tấm lòng và tấm áo là thép C45. Chọn phôi dập, phôi này được đặt ở xưởng chế tạo phôi, sẽ cắt tấm phôi lớn thành từng mảnh nhỏ theo đơn đặt hàng của nhà chế tạo phôi.
4.5 Thiết kế quy trình công nghệ gia công một số chi tiết khuôn
Với chi tiết dạng hộp này và dạng sản xuất là đơn chiếc thì với điều kiện sản xuất ở nước ta hiện nay, có thể thực hiện công nghệ kết hợp gia công trên máy truyền thống và máy CNC
Theo như đòi hỏi kĩ thuật của lòng khuôn và áo khuôn thì:
- Đối với bề mặt, các đường làm mát thì có thể gia công trên máy phay, máy khoan thông thường.
- Đối với các lỗ ren, lỗ chốt định vị, lỗ dẫn hướng. Cần thực hiện lần lượt phương pháp khoan, khoét, doa, taro. Các nguyên công này có thể thực hiện lần lượt trên máy CNC theo phương pháp tập trung nguyên công.
4.5.1 Quy trình công nghệ gia công tấm áo khuôn tĩnh
Các nguyên công chính:
- Nguyên công I : Cắt phôi tấm áo.
- Nguyên công II : Phay các mặt bên tấm áo.
- Nguyên công III : Phay 2 mặt đầu tấm áo.
- Nguyên công IV : Mài 2 mặt phẳng đầu tấm áo.
- Nguyên công V : Khoan đường làm mát trên tấm áo.
- Nguyên công VI : Gia công mặt trên và hệ lỗ mặt trên tấm áo.(gia công bằng CNC)
- Nguyên công XII : Gia công hệ lỗ mặt dưới tấm áo. (gia công bằng CNC)
- Nguyên công VIII : kiểm tra.
v Biện pháp thực hiện các nguyên công
Nguyên công 1: Cắt phôi tấm áo
Cắt phôi: 454 x 324 x 53 mm.
- Lấy dấu.
- Sạch bavia bằng máy mài tay.
Nguyên công 4: Mài phẳng hai mặt trên và dưới tấm áo.
Chọn máy:
Máy được chọn là máy mài phẳng 3E721AΦ1-1
- Kích thước lớn nhất mà máy có thể gia công được: 630x320x400.
- Số vòng quay trục chính của đá mài: max 35m/s.
- Hiệu suất của máy mài: η = 0,8.
- Chọn loại đá: Loại đá có ký hiệu ΠB D = 200 H = 50
* Chế độ cắt:
Mài mặt phẳng bằng mặt đầu đá trên máy có bàn vuông.
- Mài thô: Vđm =30 (m/s); Vphôi =10 (m/ph); t = 0,03 (mm).
Lượng chạy dao theo chiều sâu sau một hành trình của bàn máy là: 0,015mm Tra bảng 5-218[2]
- Mài tinh: Vđm =30(m/s) Vphôi =2,5(m/ph) t =(0,01mm)
Lượng chạy da tính theo chiều sâu sau một hành trình của bàn máy là: 0,015mm
* Công hữu ích khi mài bằng chu vi đá:
Nc và các số mũ tra bảng:
Nc =0,68; r =1; x =0,8; y =0,8; q =0
- Công suất khi mài thô: N =
- Công suất khi mài tinh: N =
·Nguyên công 6: Gia công hệ lỗ mặt trên tấm áo.
Công việc gia công bao gồm: Gia công 4 lỗ chốt dẫn hướng, 4 lỗ thoát dao, phay hốc,khoan doa lỗ bạc cuống phun, khoan các lỗ bắt vít.
- Chọn máy: Máy được chọn là máy phay CNC GV-503
- Chọn dao: Ở mỗi bước công nghệ chọn một loại dao khác nhau, như phay hốc chọn dao phay ngón, khoan doa lỗ dùng mũi khoan, mũi khoét, mũi doa...
- Định vị:
Để gia công khối lượng công việc này ta định vị chi tiết trên máy phay CNC nhờ các phiến tỳ (còn gọi là các căn).
- Kẹp chặt:
Chi tiết được kẹp chặt trên bàn máy nhờ đòn kẹp ren vít.
- Thứ tự các bước gia công như sau:
* Bước 1: Khoan tâm các lỗ sẽ gia công bằng mũi khoan định tâm f3.
- Chọn dao: Mũi khoan tâm f3 SD203-3.0-14-6R1 – Theo SecoCut
- Chế độ cắt: Sử dụng phần mềm SecoCut để tra được:
* Bước 2: Khoan, doa 4 lỗ chốt dẫn hướng.
Dạng lệnh cần dùng: Lệnh Drill
a) Khoan lỗ ø28 (mm).
- Chọn dao: Theo SecoCut chọn mũi khoan f28 có kí hiệu SD502-2856-32R7)
- Lượng dư gia công: t = 28/2 = 14 (mm).
- Bảng chế độ cắt: Theo SecoCut:
b) Khoét rộng lỗ chốt dẫn hướng d = 29,94 (mm).
- Chọn dao: Theo Sanvik chọn dao khoét có kí hiệu: R429U-A16-26056TC09A
- Lượng dư gia công t =0,97 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Tốc độ cắt V = 220 (m/phút).
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,45 (mm/vòng).
+ Tốc độ trục chính N = = 2340 (vòng/phút).
c) Doa lỗ ø30
- Chọn dao: Chọn dao dao f30 (mm).
- Lượng dư cắt: t =0,03 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Tốc độ cắt V = 120 (m/phút).
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,46 (mm/vòng).
+ Tốc độ trục chính N = = 1273 (vòng/phút).
* Bước 3: Khoan 4 lỗ thoát dao ø20 (mm).
Dạng lệnh gia công: Lệnh Drill
- Chọn dao: Theo SecoCut chọn dao có kí hiệu SD203-20.0-49-20R1.
- Lượng dư: t = 10 (mm)
- Chế độ cắt: Tra SecoCut được:
* Bước 4: Phay hốc
Dạng lệnh gia công: Lệnh Pocket gia công theo phương thức ParallelSpiral.
a) Phay thô:
- Chọn dao: Dao phay ngón D = 30 (mm). Kí hiệu: R125.17-2020-16
- Lượng dư: Phần không gian 315x145(mm), sâu 25 (mm). Chiều sâu cắt t = 5 (mm).
- Chế độ cắt: Tra theo SecoCut cắt:
b) Phay tinh:
- Chọn dao: Dao phay ngón có D =16 (mm).
- Lượng dư: t = 2,5 (mm).
- Chế độ cắt: Tra theo SecoCut
* Bước 5: Khoan 6 lỗ ø16.
Lệnh dùng gia công: Lệnh Drill.
- Chọn dao: Theo SecoCut chọn mũi khoan ø16 Kí hiệu SD207A-16.0-92-16R3.
- Lượng dư: t = 8 (mm)
- Chế độ cắt tra theo SekoCut được:
* Bước 6: Gia công lỗ bạc cuống phun.
a) Khoan lỗ f18 (mm):
- Chọn dao: Mũi khoan f18 (mm) (SD203-18.0-41-18R1)
- Lượng dư: t = 9 (mm).
- Chế độ cắt: Tra SecoCut được:
b) Khoét lỗ f19,94 (mm).
- Chọn dao: Theo Sanvik chọn dao f19,94 (mm) Kí hiệu R429.90-20-040-09-AC.
- Lượng dư: t = 0,97 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Tốc độ cắt V = 112 (m/phút).
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,6 (mm/vòng).
+ Tốc độ trục chính N = = 1788 (vòng/phút).
c) Doa lỗ f20 (mm).
- Chọn dao: Chọn dao doa f20 (mm).
- Lượng dư: t = 0,3(mm).
- Chế độ cắt:
+ Tốc độ cắt: V = 94 (m/phút).
+ Lượng chạy dao vòng: S0 = 0,8 (mm/vòng).
+ Tốc độ trục chính N = = 1496 (vòng/phút).
·Nguyên công 7: Gia công mặt dưới tấm áo lòng khuôn.
Khối lượng công việc bao gồm: Khoét rộng 4 lỗ chốt dẫn hướng ø40 (mm), khoét rộng 6 lỗ bắt vít f30 (mm), khoét rộng 4 lỗ chốt hồi f28 (mm), khoan, tarô 8 lỗ ren M14..
- Sơ đồ gá đặt:
* Bước 1: Khoan định tâm các lỗ bằng mũi khoan tâm f3.
* Bước 2: Gia công 8 lỗ ren M14
a) Khoan lỗ f12 (mm):
- Chọn dao: Mũi khoan f12 (mm) (SD203-12.0-36-12R5).
- Lượng dư: t = 6 (mm).
- Chế độ cắt: Tra SecoCut được:
b) Taro lỗ ren M14: Tra từ Sanvik:
- Chọn dao: Từ Sanvik chọn mũi taro f14 Kí hiệu R166.0L-11VM01-C001.
- Lượng dư: t = 1 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Tốc độ cắt V = 10 (m/phút).
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,05 (mm/vòng).
+ Tốc độ trục chính N = = 227 (vòng/phút).
* Bước 3: Khoét 4 lỗ ø40 (mm).
- Chọn dao: mũi khoét ø40 (mm) R429U-A25-32088TCO9A
- Lượng dư cắt: t = 5 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Tốc độ cắt V = 152 (m/phút).
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,7 (mm/vòng).
+ Tốc độ trục chính N = = 1210 (vòng/phút).
Bước 4: Khoét rộng lỗ f30 (mm).
- Chọn dao: Mũi khoét f30 (mm).
- Lượng dư: t = 7 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Tốc độ cắt V = 192 (m/phút).
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,6 (mm/vòng).
+ Tốc độ trục chính : N = = 2040 (vòng/phút).
Bước 5: Khoét rộng lỗ f28 (mm).
- Chọn dao: Mũi khoét f28 (mm).
- Lượng dư: t = 3 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Tốc độ cắt V = 195 (m/phút).
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,45 (mm/vòng)
+ Tốc độ trục chính N = = 2215 (vòng/phút).
· Nguyên công 8: Kiểm tra.
- Kiểm tra độ vuông góc của lỗ dẫn hướng với mặt đầu.
- Kiểm tra độ vuông góc của thành hốc với mặt hốc.
4.5.2 Quy trình công nghệ gia công tấm lòng khuôn tĩnh
Gồm các nguyên công:
- Nguyên công I : Cắt phôi tấm lòng.
- Nguyên công II : Phay các mặt bên tấm lòng.
- Nguyên công III : Phay 2 mặt đầu tấm lòng.
- Nguyên công IV : Mài 2 mặt phẳng đầu tấm lòng.
- Nguyên công V : Khoan đường làm mát trên tấm lòng.
- Nguyên công VI : Gia công các lỗ mặt trên tấm lòng(bằng phương pháp CNC)
- Nguyên công XII : Gia công mặt trên lòng khuôn (bằng phương pháp CNC)
- Nguyên công XIII : Lắp ráp lòng khuôn và áo khuôn tĩnh.
- Nguyên công IX : Sửa nguội và đánh bóng
- Nguyên công X : kiểm tra.
v Biện pháp thực hiện các nguyên công
+ Nguyên công 1: Cắt phôi tấm lòng
Cắt phôi: 324 x 224 x 33 mm.
- Lấy dấu.
- Sạch bavia bằng máy mài tay.
Nguyên công 2: Phay các mặt bên.
- Chọn máy:
+ Chọn máy phay ngang 6H83 có:
+ Công suất của động cơ chính: Nm= 10 kW.
+ Công suất của động cơ chạy dao: Ncd= 1,7 kW
+ Hiệu suất : η = 0,75
- Chọn dao:
Chọn dao phay mặt đầu lắp các răng dao bằng thép gió P18:
Đường kính dao: D=75mm, số răng: Z = 10.
- Định vị:
Do đây là sản xuất đơn chiếc nên không cần dùng đến nhiều đồ gá chuyên dùng không cần thiết. Có thể tận dụng những đồ gá vạn năng đã có sẵn.
Chi tiết được định vị hạn chế 3 bậc tự do tại mặt đáy bởi phiến tì và 2 bậc tự do bằng phương pháp rà gá mặt bên.
- Kẹp chặt: Cơ cấu kẹp chặt bằng ren vít.
- Tra lượng dư: t = 2mm
Phay thô với lượng dư t=1,8mm, bước phay tinh với t=0,2mm.
* Phay thô
- Chiều sâu cắt t = 1,8 (mm).
- Lượng chạy dao răng: Sz=0,12 (mm/răng);(Với độ cứng vững trung bình công suất máy > 5kW).
- Vậy lượng chạy dao vòng: Sv=10.0,12=1,2 (mm/vòng).
Knv : hệ số phụ thuộc tình trạng bề mặt phôi tra bảng 5-5 [2] Knv =0,9 (phôi cán)
Kuv : hệ số phụ thuộc vật liệu dụng cụ cắt, theo bảng 5-6[2] Kuv =1
Vậy Kv = 0,9.0,9.1 = 0,81.
Thay vào công thức (1.1): V =
Số vòng quay trục chính:
Chọn theo máy nm = 150 (vòng/phút).
Vận tốc cắt thực tế:
Lượng chạy dao phút:
Sph =Sv.n = 1,2.150 = 180 (mm/phút).
Các hệ số và số mũ tra trong bảng 5-41[2]:
Cp = 82,5; x = 0,95; y = 0,8; u = 1,1; q = 1,1; w = 0
Vậy Nc = 0,57 kW < 10 kW vậy máy phay đủ công suất cắt.
* Phay tinh: t = 0,2 mm.
Lượng chạy dao răng Sz = 0,06 (mm/răng) (bảng 5-119 [2] với độ cứng vững trung bình công suất máy > 5 kW ta chọn Sz = 0,06 mm/răng).
Lượng chạy dao vòng: Sv = Sz .Z = 0,06.10 =0,6 (mm/vòng).
Cv = 41; q = 0,25; x = 0,1; y = 0,4;u =0,15; p = 0; m = 0,2 (tra bảng 5-39 [2])
Chu kỳ bền T = 180 phút. Kv = 0,81 (đã tính ở trên)
Chọn theo máy ta có nm = 300 (v/ph)
Lượng chạy dao phút:
Sph =Sv.n = 0,6.300 = 180 (mm/phút)
Các hệ số và số mũ tra trong bảng 5-41 [2]:
Cp = 82,5; x = 0,95; y = 0,8; u = 1,1; q = 1,1; w = 0
Công suất cắt:
Vậy Nc = 0,43kW < 10 kW vậy máy phay đủ công suất cắt.
v Nguyên công 3: Phay hai mặt đầu tấm lòng khuôn.
- Chọn máy:
Máy được chọn là máy phay đứng, tra sổ tay CNCTM tập 3 chọn máy phay đứng 6H12. Đặc tính kỹ thuật của máy được cho như sau:
· Công suất của động cơ chính: 7 kW.
· Công suất của động cơ chạy dao: 1,7 kW.
· Khối lượng máy 2900 kg.
· Kích thước phủ bì máy: dài x rộng x cao = 2100x2440x4875.
·Phạm vi tốc độ trục chính 30÷1500 (vòng/phút) với các tốc độ sau: 30; 37,5;… ; 1500.
Đường kính dao: D = 110 mm, số răng : Z = 12
- Định vị.
Để phay mặt phẳng định vị bằng phiến tì ở mặt phẳng dưới khống chế ba bậc tự do.
- Kẹp chặt:
Dùng đòn kẹp ren vít thông thường kẹp chặt chi tiết trên bàn máy.
- Lượng dư: t = 2 (mm).
Phay thô với lượng dư 1,8 mm và phay tinh với lượng dư 0,2 mm.
* Phay thô.
- Chiều sâu cắt t = 1,8 (mm).
Tra bảng 5-119[2]:
- Lượng chạy dao răng: Sz=0,12 (mm/răng);(Với độ cứng vững trung bình công suất máy > 5kW).
- Lượng chạy dao vòng: Sv=12.0,12=1,44 (mm/vòng).
Vậy tốc độ cắt khi chưa tính tới hệ số điều chỉnh k tra bảng 5-120[2] Vt = 44 m/phút (với tuổi thọ của dao là T = 180 phút).
Tốc độ trục chính là:
Chọn tốc độ quay theo máy là: nm =118 (vòng/phút).
Lượng chạy dao phút:
Sph = n.Sv = 118.1,44 = 169,9 (mm/phút)
- Xác định lực cắt:
Cp = 82,5; x=0,95; y=0,8; u=1,1; q=1,1; w=0
Vậy Nc =1,52 kW < 10 kW, máy phay đủ công suất cắt.
* Phay tinh.
- Chiều sâu cắt: t = 0,2 (mm).
- Lượng chạy dao răng: Sz =0,06 (mm/răng).
- Lượng chạy dao vòng: Sv =0,06.12 = 0,72 (mm/vòng).
Vậy tốc độ cắt khi chưa tính tới hệ số điều chỉnh k tra bảng 5-120[2] Vt = 55,5 m/phút (với tuổi thọ của dao là T = 180 phút).
Chọn tốc độ quay theo máy là: 150 (vòng/phút).
Lượng chạy dao phút:
Sph = n.Sv = 150.0,72 = 108 (mm/phút).
- Xác định lực cắt: Pz = (1.6).
Trong đó :
KMV: hệ số điều chỉnh cho chất lượng của vật liệu gia công; KMV = 0,93.
Cp và các số mũ còn lại tra trong bảng 5-41[2]:
Cp = 82,5; x=0,95; y=0,8; u=1,1; q=1,1; w=0
Vậy Ne =0,14 kW < 10 kW, máy phay đủ công suất cắt.
v Nguyên công 5: Khoan các đường làm mát lòng khuôn.
Để khoan các đường ống dẫn nước làm mát này dùng mũi khoan sâu để khoan và khoan trên máy khoan cần 2H53. Khi khoan các đường dẫn nước này độ chính xác không đòi hỏi quá cao do đó mà việc định vị không đòi hỏi phải khống chế tất cả các bậc tự do. Dùng phương pháp lấy dấu để khoan.
- Chọn máy: Máy được chọn là máy khoan cần 2H53.
- Chọn dao: Dao được chọn là các mũi khoan ruột gà loại dài(mũi khoan dài thép gió)
Định vị:
Để khoan đường nước ta định vị chi tiết bằng các mặt phẳng, dùng các phiến tỳ làm đồ định vị (trong sản xuất đơn chiếc người ta gọi các phiến tỳ này là các căn)
- Kẹp chặt:
Dùng kiểu kẹp chặt thông thường là dùng êtô vừa định vị vừa kẹp chặt.
- Lượng dư:
Các đường ống dẫn nước là các lỗ có đường kính không lớn lắm nên ta khoan lỗ đặc. Như vậy lượng dư lấy luôn là đường kính lỗ đặc đó.
- Lượng dư của khoan là: t = 4,25 (mm)
* Khoan lỗ ø8,5
Tra bảng: chế độ cắt cho mũi khoan thép gió.
Lượng dư: t =4,25mm.
Lượng chạy dao Sv. Tra bảng 5-87[2] chọn Sv = 0,10÷0,12 (mm/vòng) với nhóm chạy dao I và σB =800÷900 Mpa.
Lấy Sv = 0,12 mm/vòng.
- Chu kỳ bền T =25 phút.
Tra bảng 5-86[2] (Tốc độ cắt khi khoan thép cácbon, thép hợp kim bằng mũi khoan thép gió có dung dịch trơn nguội).
- Tốc độ cắt: Vb = 27,5 (m/phút).
- Tốc độ tính toán: Vt =Vb.k1.k2.k3.k4.
Trong đó:
· K1: là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chu kỳ bền của dao: k1 =1.
· K2: là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thái thép: k2 =1,1.
·K3: là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chiều sâu của lỗ: k3 =1.
Vậy tốc độ tính toán là: Vt =27,5.1.1,1.1.1 =30,25 (m/phút).
- Chọn tốc độ quay theo máy là: 1075 (vòng/phút).
- Tốc độ cắt sẽ là: Vtt =
- Lượng chạy dao chọn theo máy: Sm =0,12 (mm/vòng).
v Nguyên công 7: Gia công mặt trên lòng khuôn.
Nguyên công này bao gồm hai bước công nghệ là gia công lòng khuôn và gia công kênh dẫn nhựa.
* Bước 1: Phay biên dạng lòng khuôn.
+ Phay thô:
- Chọn dao: Dùng dao phay ngón đầu cầu: f10 (mm).
- Số vòng quay trục chính n =1500 (vòng/phút).
- Tốc độ tiến dao F =800 (mm/phút).
- Đường chạy dao được tự động tính toán trong phần mềm MasterCam.
+ Phay tinh lần 1:
- Chọn dao: Dùng dao phay ngón đầu cầu f4 (mm).
- Số vòng quay trục chính: n = 1909 (vòng/phút).
- Tốc độ tiến dao F = 190,9 (mm/phút).
+ Phay tinh lần 2:
- Chọn dao: Dùng dao phay ngón đầu cầu f2(mm).
- Số vòng quay trục chính: n = 2500 (vòng/phút).
- Tốc độ tiến dao: F = 800 mm/phút.
+ Bước 2: Gia công kênh dẫn nhựa.
- Chọn dao: Dùng dao phay ngón đầu cầu f4 (mm).
- Số vòng quay trục chính: n = 2500 (vòng/phút).
- Tốc độ tiến dao F = 400 (mm/phút).
v Nguyên công 8: Lắp ráp tấm lòng khuôn vào tấm áo khuôn.
Tấm lòng khuôn được bắt vào tấm áo bằng bu lông chìm, định vị bởi mặt đáy và hai mặt bên.Tiến hành lắp ráp tấm lòng khuôn vào tấm áo khuôn bằng phương pháp lắp sửa.
v Nguyên công 9: Sửa nguội,đánh bóng lòng khuôn.
- Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.
v Nguyên công 10: kiểm tra.
- Kiểm tra độ song song giữa mặt phân khuôn và mặt đáy.
- Kiểm tra độ vuông góc giữa đường tâm lỗ chốt dẫn hướng với mặt phân khuôn.
4.5.3 Quy trình công nghệ gia công tấm áo khuôn động
Thứ tự các nguyên công:
- Nguyên công I : Cắt phôi, lấy dấu tấm áo.
- Nguyên công II : Phay các mặt bên tấm áo.
- Nguyên công III : Phay hai mặt đầu tấm áo.
- Nguyên công IV : Mài lại 2 mặt đầu tấm áo.
- Nguyên công V : Khoan lỗ làm mát tấm áo.
- Nguyên công VI : Gia công lỗ chốt xiên trên tấm áo.
- Nguyên công VII : Gia công hệ lỗ và phay hốc mặt trên áo.(phương pháp CNC)
- Nguyên công IIX : Gia công mặt sau tấm áo. (phương pháp CNC)
- Nguyên công IX : Kiểm tra trung gian.
v Thiết kế nguyên công:
· Các nguyên công 1,2,3,4,5: Tương tự các nguyên công tấm áo khuôn tĩnh.
· Nguyên công 6: Gia công lỗ xiên f6 bằng EDM.
· Nguyên công 7: Gia công hốc và hệ lỗ mặt trên tấm áo khuôn động
Công việc gia công bao gồm: Gia công 4 lỗ chốt dẫn hướng, 4 lỗ thoát dao, phay hốc, khoan doa các lỗ chốt đẩy, khoan các lỗ bắt vít, 4 lỗ chốt hồi. Lỗ kéo cuống phun.
- Chọn máy:
Chọn máy phay CNC GV-503 với một số thông số máy sau:
+ Kích thước bề mặt làm việc bàn máy: 750 x 550
+ Công suất động cơ chính: 3,5 kW
+ Tốc độ trục chính: 0 – 12000 vg/ph.
- Chọn dao:
Ở mỗi bước công nghệ chọn một loại dao khác nhau, như phay hốc chọn dao phay ngón, khoan doa lỗ dùng mũi khoan, mũi khoét, mũi doa...
- Định vị:
Để gia công khối lượng công việc này ta định vị chi tiết trên máy phay CNC nhờ các phiến tỳ (còn gọi là các căn) và 2 bậc tự do nhờ rà gá mặt bên.
- Kẹp chặt:
Chi tiết được kẹp chặt trên bàn máy nhờ đòn kẹp ren vít.
Thứ tự các bước gia công như sau:
* Bước 1: Khoan tâm hệ lỗ.
Tương tự bước khoan tâm của các nguyên công trước nên ta không nhắc lại.
* Bước 2: Khoan, khoét, doa 4 lỗ chốt dẫn hướng.
Các bước chọn dao, lượng dư, chế độ cắt giống với nguyên công khoan, khoét, doa 4 lỗ chốt dẫn hướng ở tấm áo lòng khuôn tĩnh nên không nhắc lại.
* Bước 3: Khoan 4 lỗ thoát dao ø20
Tương tự khoan 4 lỗ thoát dao ở tấm áo lòng khuôn tĩnh nên không nhắc lại.
* Bước 4: Phay hốc
Tương tự khoan 4 lỗ thoát dao ở tấm áo lòng khuôn tĩnh nên không nhắc lại.
* Bước 5: Gia công lỗ kéo cuống phun. Tương tự ở nguyên công gia công tấm lõi khuôn.
* Bước 6: Gia công các lỗ chốt đẩy.
a) Khoan lỗ ø5,8
- Chọn dao: Chọn mũi khoan f5.8 theo SecoCut SD203-5.8-21-6R1.
- Lượng dư: t =2,9 mm
- Bảng chế độ cắt: Theo SecoCut
b) Doa lỗ ø6
- Lượng dư: 0,1 (mm).
- Chọn Dao: Mũi doa ø6 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,4 (mm/vòng).
+ Tốc độ cắt V = 108 (m/phút).
+ Tốc độ trục chính N = 5732 (vòng/phút).
* Bước 7: Khoan, khoét, doa 4 lỗ chốt hồi.
a) Khoan lỗ Ø20(mm).
- Lượng dư t =10 (mm).
- Mũi khoan Ø20 SD20-20.00-61-25R5
- Bảng chế độ cắt tra theo Seko:
b) Khoét lỗ Ø21,94 (mm).
- Chọn dao: Chọn mũi khoét Ø21,94 (mm).
- Lượng dư t = 0,97 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,6 (mm/vòng).
+ Tốc độ cắt V = 70 (m/phút).
+ Tốc độ trục chính N = 1016 (vòng/phút).
d) Doa lỗ Ø22 (mm).
- Chọn dao: Chọn mũi doa Ø22 (mm).
- Lượng dư: t = 0,03 (mm).
- Chế độ cắt:
+ Lượng chạy dao vòng S0 = 0,8 (mm/vòng).
+ Tốc độ cắt V = 56 (m/phút)
+ Tốc độ trục chính N = 810 (vòng/phút).
* Bước 8: Khoan 6 lỗ Ø16 (mm).
- Lệnh dùng gia công: Lệnh Drill.
- Chọn dao: mũi khoan ø16 (mm). SD207A-16-92-16R1
- Lượng dư: 8mm
- Chế độ cắt tra theo Seco cắt:
· Nguyên công 9: Kiểm tra trung gian.
Tương tự nguyên công kiểm tra trung gian của tấm áo khuôn tĩnh.
4.5.4 Quy trình công nghệ gia công tấm lõi khuôn động
Bao gồm các nguyên công sau:
- Nguyên công I : Cắt phôi
- Nguyên công II : Phay các mặt bên tấm lõi.
- Nguyên công III : Phay 2 mặt đầu tấm lõi.
- Nguyên công IV : Mài 2 mặt phẳng đầu tấm lõi.
- Nguyên công V : Khoan đường làm mát trên tấm lõi.
- Nguyên công VI : Gia công lỗ xiên trên lõi khuôn đực băng EDM
- Nguyên công VII : Gia công các lỗ mặt dưới tấm lõi(phương pháp CNC)
- Nguyên công XIII : Gia công mặt trên tấm lõi khuôn. (phương pháp CNC)
- Nguyên công IX : Lắp ráp lõi khuôn và áo khuôn động
- Nguyên công X : Sửa nguội và đánh bóng
- Nguyên công XI : kiểm tra.
v Biện pháp thực hiện các nguyên công
- Các nguyên công 1,2,3,4,5: Tương tự nguyên công trên tấm lòng khuôn tĩnh.
- Nguyên công 6: Gia công các lỗ chốt xiên bằng FEM.
+ Bước 1: Xung lỗ f2
+ Bước 2: Xung lỗ f3
· Nguyên công 8: Gia công mặt trên lõi khuôn.
Nguyên công này bao gồm hai bước công nghệ là gia công lõi khuôn và gia công kênh dẫn nhựa.
- Bước 1: Phay mặt phân khuôn, biên dạng lòng khuôn.
* Phay thô.
- Chọn dao: Dùng dao phay ngón đầu cầu: f10 (mm).
- Số vòng quay trục chính n =1500 (vòng/phút).
- Tốc độ tiến dao F =800 (mm/phút).
- Đường chạy dao được tự động tính toán trong phần mềm MasterCam.
* Phay tinh lần 1:
- Chọn dao: Dùng dao phay ngón đầu cầu f4 (mm).
- Số vòng quay trục chính: n = 1909 (vòng/phút).
- Tốc độ tiến dao F = 190,9 (mm/phút).
* Phay tinh lần 2:
- Chọn dao: Dùng dao phay ngón đầu cầu f2 (mm).
- Số vòng quay trục chính: n = 2500 (vòng/phút).
- Tốc độ tiến dao: F = 800 (mm/phút).
+ Bước 2: Gia công kênh dẫn nhựa.
- Chọn dao: Dùng dao phay ngón đầu cầu f4 (mm).
- Số vòng quay trục chính: n = 2500 (vòng/phút).
- Tốc độ tiến dao F = 400 (mm/phút).
- Kết quả mô phỏng nguyên công này:
· Nguyên công 9: Lắp ráp tấm lõi khuôn vào tấm áo khuôn.
Tấm lõi khuôn được bắt vào tấm áo bằng bu lông chìm, định vị bởi mặt đáy và một mặt bên.
Tiến hành lắp ráp tấm lõi khuôn vào tấm áo khuôn bằng phương pháp lắp sửa.
Nguyên công11 : Tổng kiểm tra.
- Kiểm tra độ song song giữa mặt phân khuôn và mặt đáy.
- Kiểm tra độ vuông góc giữa đường tâm lỗ chốt dẫn hướng với mặt đáy.
4.6. Chương trình NC gia công một số chi tiết khuôn
Chương trình NC gia công tấm áo khuôn tĩnh thể hiện như bảng 4.1.
KẾT LUẬN
Ngày nay việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE/CNC vào quá trình sản xuất khuôn mẫu là xu thế phát triển tất yếu. Việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE/CNC ngày càng được thực hiện rông rãi.Với những tính năng ưu việt của nó,việc thiết kế,chế tạo khuôn mẫu trở nên dễ dàng hơn,kinh tế hơn.Trong môi trường cạnh tranh toàn cầu,để đáp ứng được nhu cầu thị hiếu ngày càng cao của thi trường thì việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE/CNC trong thiết kế và gia công khuôn là giải pháp tháo gỡ khó khăn.
Tuy nhiên ở nước ta hiện nay chưa có hệ thống đào tạo chuyên sâu trong lĩnh vực này,tài liệu nghiên cứu và tham khảo chưa thống nhất,sinh viên được thực hành gia công trên các máy CNC còn hạn chế làm cho sinh viên gặp nhiều khó khăn.do vậy em xin phép được đề xuất trong thời gian tới các phần mềm tích hợp CAD/CAM và ứng dụng của chúng sẽ được các thầy cô đưa vào chương trình giảng dạy phổ cập cho sinh viên ngành cơ khí…
Sau một thời gian nghiên cứu,tim hiểu để hoàn thành đồ án,bước đầu em đã có những kiến thức cơ bản về thiết kế,chế tạo khuôn.cụ thể:
- Nắm được lý thuyết về kết cấu của các loại khuôn thông dụng
- Sử dụng thành thạo phần mềm catia trong thiết kế,tính toán,gia công và mô phỏng khuôn.
- Lập được quy trình công nghệ gia công khuôn trên thực tiễn sản xuất
- Mô phỏng lắp ráp các cụm khuôn
- Mô phông gia công khuôn,xuất file gia công NC
- Mô phỏng hoạt động của khuôn
Do thời gian có hạn công với lần đầu được tiếp cận với việc thiết kế,chế tạo khuôn do đó bài đồ án của em chưa thực sự hoàn thiện.kính mong các thầy cô giúp đỡ và cho em ý kiến chỉ đạo để em hoàn thiện thêm kiến thức,kỹ năng trong thoi gian tới…
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA. Ban lãnh đạo Viện CƠ KHÍ đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt những năm học vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong Viện CƠ KHÍ, Bộ Môn CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp.
Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy: TS………………. đã luôn theo dõi, quan tâm và tận tình giúp đỡ em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Át lát đồ gá - GS. TS Trần Văn Địch - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 1999.
2. Cơ sở Công nghệ chế tạo máy – GS.TS Nguyễn Đắc Lộc – PGS.TS Lê Văn Tiến – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – 2005.
3. Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1,2,3 – GS.TS Nguyễn Đắc Lộc – PGS.TS Lê Văn Tiến – PGS.TS Ninh Đức Tốn – PGS.TS Trần Xuân Việt – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật – 2005.
4. Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy – GS.TS Trần Văn Địch - nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 2002.
5. Thiết kế khuôn cho sản phẩm nhựa – TS.Vũ Hoài Ân.
6. Mold design (Catia document).
7. Mold design 1, 2
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"