Đồ án CAD/CAM/CNC: Thiết kế và Mô phỏng Khuôn Hũ Matsu 2300ml

CAD/CAM/CNC: Thiết kế, mô phỏng khuôn hũ 2300ml. Quy trình thiết kế khuôn chính xác, tối ưu hóa sản xuất với công nghệ CAD/CAM/CNC hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Trần Hoài Bảo
• Người hướng dẫn: TS. Phan Nguyễn Duy Minh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế, Mô Phỏng Khuôn Hũ 2300ml
• Loại tài liệu: Đồ án công nghệ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. Vai trò và chức năng của CAD/CAM/CNC
• 1.2. Ứng dụng CAD/CAM/CNC trong việc thiết kế sản phẩm
• 1.3. Giới thiệu về phần mềm Creo Parametric
• 2. CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HŨ MATSU 2300ML
• 2.1. Tạo file vẽ mới
• 2.2. Thiết kế Hũ Matsu 2300ml
• 2.2.1. Tạo hình dạng của hũ Matsu 2300ml
• 2.2.2. Tạo phần thân của hũ Matsu 2300ml
• 2.2.3. Tạo phần đế của hũ Matsu 2300ml
• 2.2.4. Tạo các bo tròn và bề dày cho hũ Matsu 2300ml
• 2.2.5. Tạo phần ren cho miệng hũ Matsu 2300ml
• 3. CHƯƠNG III: TÁCH KHUÔN HŨ MATSU 2300ML
• 3.1. Tạo file tách khuôn
• 3.2. Thiết kế tách khuôn
• 3.3. Tạo chốt cho khuôn
• 4. CHƯƠNG IV: GIA CÔNG PHAY KHUÔN THỔI
• 4.1. Tạo file tách khuôn
• 4.2. Mô phỏng gia công phay
• 4.2.1. Thiết lập các thông số máy
• 4.2.2. Mô phỏng gia công phay thô và phay...

Tóm tắt

I. Tổng Quan Quy Trình CAD CAM CNC Cho Khuôn Hũ Nhựa 2300ml

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, việc ứng dụng hệ thống tích hợp CAD/CAM/CNC đã trở thành một tiêu chuẩn không thể thiếu để đánh giá năng lực của một nền sản xuất. Quy trình này, viết tắt của Thiết kế hỗ trợ bằng máy tính (CAD), Sản xuất hỗ trợ bằng máy tính (CAM), và Điều khiển số bằng máy tính (CNC), tạo thành một chuỗi công nghệ khép kín, cho phép biến ý tưởng thiết kế thành sản phẩm vật lý với độ chính xác và hiệu quả vượt trội. Đối với lĩnh vực sản xuất hũ nhựa, đặc biệt là các sản phẩm có dung tích lớn như hũ 2300ml, công nghệ này đóng vai trò quyết định đến chất lượng, chi phí và thời gian ra mắt thị trường. CAD cho phép mô hình hóa sản phẩm 3D một cách chi tiết, CAM chuyển đổi mô hình đó thành các đường chạy dao tối ưu, và CNC thực thi quá trình gia công chính xác trên các máy công cụ hiện đại. Tài liệu nghiên cứu về “Thiết kế, Mô phỏng và Gia công Khuôn Hũ 2300ml Matsu” đã chứng minh hiệu quả của việc áp dụng tuần tự các công nghệ này, bắt đầu từ việc dựng mô hình sản phẩm, sau đó tiến hành tách khuôn và cuối cùng là lập trình gia công CNC cho các thành phần của khuôn. Việc tích hợp này không chỉ giảm thiểu sai sót do con người mà còn cho phép thực hiện các phân tích và mô phỏng quan trọng trước khi chế tạo, đảm bảo tính khả thi và tối ưu hóa toàn bộ vòng đời sản phẩm.

1.1. Vai trò của công nghệ tích hợp trong sản xuất khuôn mẫu

Công nghệ tích hợp CAD/CAM/CNC là xương sống của ngành chế tạo khuôn mẫu hiện đại. CAD không chỉ là công cụ vẽ kỹ thuật, mà còn là nền tảng để thực hiện các phân tích khuôn sơ bộ, kiểm tra góc thoát khuôn, và đánh giá tính khả thi của sản phẩm. CAM đóng vai trò là cầu nối, chuyển đổi dữ liệu thiết kế thành ngôn ngữ máy CNC (G-code), giúp tự động hóa quá trình sản xuất. Cuối cùng, các máy CNC 3 trục hoặc máy CNC 5 trục thực hiện quá trình gia công vật liệu thô thành các bộ phận lõi và lòng khuôn (core & cavity) với dung sai cực nhỏ. Sự kết hợp này giúp rút ngắn đáng kể thời gian từ thiết kế đến sản xuất, giảm chi phí chế tạo mẫu thử và nâng cao chất lượng đồng đều của sản phẩm cuối cùng. Đặc biệt trong ngành khuôn ép nhựa, nơi các chi tiết có hình dạng phức tạp, việc ứng dụng công nghệ tích hợp là yếu tố sống còn để duy trì lợi thế cạnh tranh.

1.2. Giới thiệu phần mềm Creo Parametric trong thiết kế khuôn

Nền tảng của một quy trình CAD/CAM/CNC hiệu quả là một phần mềm thiết kế khuôn mạnh mẽ. Theo đồ án nghiên cứu, phần mềm Creo Parametric (trước đây là Pro/ENGINEER) của hãng PTC đã được lựa chọn để thực hiện toàn bộ quá trình. Creo Parametric nổi bật với khả năng thiết kế theo tham số, cho phép người dùng dễ dàng chỉnh sửa và cập nhật mô hình. Module Mold Cavity của phần mềm này cung cấp các công cụ chuyên dụng để tính toán độ co rút của vật liệu, tự động tạo hình dạng lòng khuôn, và thực hiện mô phỏng quá trình tách khuôn một cách trực quan. Khả năng này tương tự như các công cụ chuyên dụng khác như SolidWorks Mold Tools hay Siemens NX Mold Design. Bên cạnh đó, Creo cũng tích hợp module lập trình gia công, cho phép người dùng thiết lập các chu trình phay, khoan và xuất mã G-code trực tiếp, tạo thành một quy trình liền mạch từ thiết kế đến gia công mà không cần chuyển đổi giữa nhiều phần mềm khác nhau.

II. Những Thách Thức Khi Chế Tạo Khuôn Ép Nhựa Kích Thước Lớn

Việc chế tạo một bộ khuôn ép nhựa cho sản phẩm có dung tích lớn như hũ 2300ml đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật đáng kể. Thách thức đầu tiên nằm ở độ phức tạp của hình dạng sản phẩm, bao gồm các chi tiết như ren miệng, hốc tay cầm, và các đường gân gia cường. Những chi tiết này đòi hỏi độ chính xác cực cao trong cả thiết kế và gia công để đảm bảo sản phẩm cuối cùng lắp ráp khít và có tính thẩm mỹ. Thứ hai, việc lựa chọn vật liệu và phương pháp xử lý nhiệt cho khuôn là tối quan trọng. Một bộ khuôn lớn đòi hỏi vật liệu làm khuôn phải có độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn cao để chịu được áp lực và nhiệt độ trong hàng triệu chu kỳ ép. Sai lầm trong việc chọn vật liệu có thể dẫn đến biến dạng hoặc nứt vỡ khuôn, gây thiệt hại kinh tế nặng nề. Thách thức thứ ba là tối ưu hóa quá trình điền đầy nhựa. Với thể tích lớn, việc mô phỏng dòng chảy nhựa trở nên cần thiết để dự đoán các khuyết tật tiềm ẩn như vết lõm, đường hàn, hoặc hiện tượng điền đầy không hoàn toàn. Cuối cùng, quá trình gia công phay CNC cho các lòng khuôn lớn đòi hỏi máy móc có kích thước và công suất phù hợp, cùng với chiến lược chạy dao được lập trình cẩn thận để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác bề mặt.

2.1. Phân tích khuôn và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng

Trước khi bắt đầu gia công, giai đoạn phân tích khuôn (Mold Analysis) đóng vai trò then chốt. Quá trình này bao gồm việc kiểm tra góc thoát khuôn (draft angle) để đảm bảo sản phẩm có thể dễ dàng tách ra khỏi khuôn sau khi định hình. Đối với hũ 2300ml, các bề mặt thẳng đứng của thân hũ và hốc tay cầm cần được tạo một góc nghiêng hợp lý. Phân tích độ dày thành sản phẩm cũng rất quan trọng để tránh các vùng quá dày hoặc quá mỏng, gây ra hiện tượng co ngót không đều và làm cong vênh sản phẩm. Ngoài ra, việc xác định vị trí cổng phun (gate location) và thiết kế hệ thống đẩy sản phẩm (ejector system) ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt và chu kỳ sản xuất. Một phân tích kỹ lưỡng sẽ giúp dự đoán và khắc phục các vấn đề này ngay trên mô hình số, tiết kiệm chi phí và thời gian.

2.2. Lựa chọn vật liệu làm khuôn Thép P20 và Thép S50C

Việc lựa chọn vật liệu làm khuôn phù hợp là một quyết định chiến lược. Đối với các bộ phận yêu cầu độ bóng bề mặt và độ bền cao như lõi và lòng khuôn (core & cavity), các loại thép hợp kim như thép làm khuôn P20 thường được sử dụng. Thép P20 được cung cấp ở trạng thái đã tôi và ram, giúp giảm thiểu biến dạng sau khi gia công và có khả năng đánh bóng tốt. Đối với các bộ phận ít quan trọng hơn như tấm kẹp hoặc đế khuôn, có thể sử dụng các loại thép carbon như thép S50C để tối ưu hóa chi phí. Sự lựa chọn này phải cân bằng giữa yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, tuổi thọ dự kiến của khuôn và ngân sách của dự án. Việc sử dụng vật liệu không phù hợp không chỉ làm giảm chất lượng sản phẩm mà còn rút ngắn tuổi thọ của bộ khuôn.

III. Hướng Dẫn Thiết Kế 3D Và Tách Khuôn Hũ 2300ml Tối Ưu

Quá trình thiết kế và tách khuôn là giai đoạn định hình nên bộ khung cho toàn bộ dự án. Dựa trên đồ án “Thiết kế Khuôn Hũ Matsu 2300ml”, quy trình này được thực hiện một cách có hệ thống trên phần mềm Creo Parametric, bắt đầu từ việc xây dựng mô hình 3D hoàn chỉnh của sản phẩm. Mô hình sản phẩm phải thể hiện chính xác mọi chi tiết hình học, từ hình dáng tổng thể, các đường bo tròn, độ dày thành, cho đến chi tiết phức tạp như ren xoắn ở miệng hũ. Sau khi mô hình sản phẩm được hoàn thiện, bước tiếp theo là tạo phôi (Workpiece) và xác định hệ số co rút của vật liệu nhựa. Hệ số này là cực kỳ quan trọng vì nhựa sẽ co lại sau khi nguội, và khuôn phải được thiết kế lớn hơn một chút so với kích thước sản phẩm cuối cùng. Giai đoạn quan trọng nhất là tạo mặt phân khuôn (Parting Surface). Đây là bề mặt mà tại đó hai nửa khuôn sẽ tách ra. Việc thiết kế mặt phân khuôn hợp lý sẽ quyết định đến tính thẩm mỹ của sản phẩm (đường ba via) và sự dễ dàng trong việc tách khuôn. Cuối cùng, sử dụng các lệnh chuyên dụng như Volume Split để tách khối phôi thành các thành phần riêng biệt, bao gồm lõi và lòng khuôn (core & cavity) và các mảnh ghép (inserts) nếu có.

3.1. Kỹ thuật tách lõi và lòng khuôn Core Cavity hiệu quả

Tách lõi và lòng khuôn (core & cavity) là trái tim của quá trình thiết kế khuôn. Sau khi xác định mặt phân khuôn chính, phần mềm sẽ sử dụng mặt này để chia khối phôi thành hai phần. Lòng khuôn (cavity) sẽ tạo ra bề mặt bên ngoài của sản phẩm, trong khi lõi khuôn (core) sẽ định hình bề mặt bên trong. Trong đồ án nghiên cứu, lệnh Volume Split trong Creo được sử dụng để thực hiện thao tác này. Đối với các chi tiết phức tạp như hốc tay cầm của hũ 2300ml, có thể cần đến các mặt phân khuôn phụ hoặc các slide (con trượt) để tạo hình và cho phép sản phẩm được lấy ra. Quá trình này đòi hỏi sự tính toán cẩn thận để đảm bảo không có vùng undercut (vùng lẹm) nào cản trở việc mở khuôn, trừ khi đã có giải pháp cơ cấu phù hợp.

3.2. Thiết kế hệ thống đẩy và chốt dẫn hướng cho khuôn

Sau khi sản phẩm được làm nguội, hệ thống đẩy sản phẩm có nhiệm vụ đẩy sản phẩm ra khỏi lõi khuôn. Hệ thống này thường bao gồm các chốt đẩy (ejector pins) được bố trí tại các vị trí chiến lược để tác dụng lực đồng đều, tránh làm cong vênh hoặc hư hỏng sản phẩm. Bên cạnh đó, chốt dẫn hướng (guide pins) và bạc dẫn hướng (bushings) là các thành phần không thể thiếu. Chúng đảm bảo hai nửa khuôn được định vị chính xác với nhau khi đóng lại, tránh sai lệch có thể gây hư hỏng bề mặt khuôn. Tài liệu nghiên cứu đã trình bày chi tiết cách tính toán và bố trí các chốt dẫn hướng trên khuôn hũ 2300ml, đảm bảo sự vận hành ổn định và chính xác của toàn bộ kết cấu.

IV. Phương Pháp Mô Phỏng Lập Trình Gia Công CNC Chính Xác

Sau khi thiết kế khuôn hoàn tất, giai đoạn tiếp theo là chuyển các mô hình 3D thành chương trình gia công cho máy CNC. Đây là giai đoạn CAM, nơi kỹ sư sử dụng các phần mềm chuyên dụng như Mastercam, PowerMill, hoặc module CAM tích hợp trong Creo để lập trình gia công CNC. Quá trình này bao gồm việc lựa chọn dao cụ, thiết lập các thông số cắt (tốc độ trục chính, bước tiến dao, chiều sâu mỗi lớp cắt) và xác định chiến lược chạy dao. Một chiến lược gia công tối ưu phải cân bằng giữa ba yếu tố: thời gian gia công, chất lượng bề mặt và tuổi thọ dao cụ. Thông thường, quá trình gia công phay CNC được chia thành nhiều bước: phay thô để loại bỏ phần lớn vật liệu dư, phay bán tinh để định hình gần đúng biên dạng, và phay tinh để đạt được độ chính xác và độ bóng bề mặt yêu cầu. Trước khi đưa vào sản xuất thực tế, việc mô phỏng toàn bộ quá trình gia công trên máy tính là cực kỳ quan trọng để kiểm tra va chạm, xác minh đường chạy dao và đảm bảo an toàn cho máy móc.

4.1. Mô phỏng dòng chảy nhựa với phần mềm Moldflow

Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm nhựa, việc mô phỏng dòng chảy nhựa là một bước không thể bỏ qua, đặc biệt với các sản phẩm lớn. Các phần mềm Moldflow (như Autodesk Moldflow) cho phép các kỹ sư phân tích quá trình điền đầy, làm nguội và co ngót của nhựa bên trong lòng khuôn. Kết quả mô phỏng giúp xác định vị trí đặt cổng phun tối ưu, dự đoán các khuyết tật như đường hàn (weld lines), bọt khí (air traps), hay vết lõm (sink marks). Dựa trên các phân tích này, thiết kế của khuôn và các thông số của công nghệ ép phun (nhiệt độ, áp suất, thời gian) có thể được điều chỉnh để đạt được chất lượng sản phẩm cao nhất, giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm và tối ưu hóa chu kỳ sản xuất.

4.2. Lập trình gia công phay CNC thô và bán tinh cho lòng khuôn

Gia công thô và bán tinh là hai bước đầu tiên trong quá trình gia công phay CNC lòng khuôn. Mục tiêu của phay thô là bóc đi lượng vật liệu lớn nhất trong thời gian ngắn nhất. Các chiến lược chạy dao như Volume Roughing hoặc Pocketing thường được sử dụng với dao phay có đường kính lớn. Sau khi phay thô, bề mặt chi tiết vẫn còn gồ ghề và có lượng dư lớn. Bước phay bán tinh (Re-roughing) sẽ tiếp tục loại bỏ vật liệu ở những vùng mà dao thô không tiếp cận được, sử dụng dao có đường kính nhỏ hơn và để lại một lượng dư đồng đều cho bước gia công tinh. Tài liệu đồ án đã mô tả chi tiết việc thiết lập các thông số cho hai quá trình này trong Creo, bao gồm việc tính toán tốc độ trục chính và bước tiến dao dựa trên công thức SPINDLE_SPEED = 150000/(3.14159*CUTTER_DIAM).

4.3. Tối ưu đường chạy dao phay tinh trên máy CNC 3 trục

Gia công tinh là bước quyết định đến chất lượng bề mặt cuối cùng của lòng khuôn. Trên máy CNC 3 trục, các chiến lược chạy dao như Finishing, Surface Milling, hoặc Contour được sử dụng để tạo ra bề mặt nhẵn bóng, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Việc lựa chọn dao cụ (thường là dao cầu - ball mill) và các thông số như bước dịch dao ngang (step-over) là rất quan trọng. Một bước dịch dao nhỏ sẽ tạo ra bề mặt mịn hơn nhưng tốn nhiều thời gian gia công hơn. Việc tối ưu hóa đường chạy dao không chỉ là tạo ra một bề mặt đẹp mà còn phải đảm bảo các góc cạnh và biên dạng phức tạp của sản phẩm được tái tạo một cách chính xác nhất trên bề mặt khuôn.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Gia Công Khuôn Thổi Hũ Matsu 2300ml

Việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn được thể hiện rõ nét qua quá trình mô phỏng gia công chi tiết lòng khuôn hũ Matsu 2300ml. Mặc dù tài liệu gốc đề cập đến "Khuôn thổi", quy trình gia công phay CNC được mô tả phù hợp hơn với khuôn ép nhựa hoặc khuôn cho giai đoạn tạo phôi trong công nghệ thổi chai. Quá trình bắt đầu bằng việc thiết lập môi trường gia công trong module Manufacturing của Creo. Chi tiết lòng khuôn được chọn làm mô hình tham chiếu (Reference Model), và một khối phôi (Workpiece) tự động được tạo ra bao quanh chi tiết. Một bước quan trọng là thiết lập hệ trục tọa độ gia công (Coordinate System) và mặt phẳng an toàn (Clearance Plane). Hệ trục tọa độ này, thường đặt ở góc phôi hoặc tâm chi tiết, là gốc "0" cho mọi chuyển động của máy CNC. Mặt phẳng an toàn đảm bảo dao cụ di chuyển ở một khoảng cách an toàn phía trên phôi khi không thực hiện cắt gọt, tránh va chạm. Các thông số của máy phay cũng được định nghĩa, tạo ra một môi trường mô phỏng ảo gần giống nhất với điều kiện sản xuất thực tế, cho phép kiểm tra và tối ưu hóa trước khi tốn chi phí vật liệu và thời gian máy.

5.1. Thiết lập thông số máy và phôi cho gia công chính xác

Để đạt được gia công chính xác, việc thiết lập ban đầu phải được thực hiện cẩn thận. Trong môi trường CAM, người dùng phải chọn đúng loại máy (ví dụ: Mill - máy phay) và định nghĩa các thông số cơ bản. Theo tài liệu, phôi được tạo tự động bao quanh chi tiết. Sau đó, hệ trục tọa độ được thiết lập bằng cách chọn ba mặt phẳng vuông góc với nhau, với trục Z luôn hướng lên trên, vuông góc với bàn máy. Thao tác này định nghĩa gốc tọa độ mà từ đó tất cả các lệnh G-code sẽ được tính toán. Việc xác định một mặt phẳng an toàn, ví dụ cách bề mặt cao nhất của phôi 5mm, là một bước thực hành tiêu chuẩn để đảm bảo an toàn vận hành, cho phép dao rút về một vị trí an toàn trước khi chuyển sang một vùng gia công khác.

5.2. Kết quả mô phỏng gia công trên phần mềm Creo Parametric

Creo Parametric cung cấp công cụ mô phỏng mạnh mẽ, cho phép người dùng xem trước toàn bộ quá trình gia công. Hình ảnh mô phỏng trong đồ án cho thấy đường chạy dao của chu trình phay thô loại bỏ vật liệu từng lớp một, tạo ra hình dạng bậc thang bám theo biên dạng của lòng khuôn. Người dùng có thể quan sát chuyển động của dao, vật liệu bị loại bỏ, và kiểm tra xem có xảy ra va chạm giữa dao, cán dao với phôi hoặc đồ gá hay không. Kết quả mô phỏng cũng cho phép đánh giá hiệu quả của chiến lược chạy dao đã chọn, từ đó có thể điều chỉnh các thông số như chiều sâu cắt (MAX_STEP_DEPTH) hay bước ăn dao ngang (STEP_OVER) để tối ưu hóa thời gian và chất lượng. Quá trình này giúp xác nhận quy trình thiết kế khuôn mẫu và lập trình là chính xác trước khi xuất chương trình NC để chạy trên máy thật.

VI. Tương Lai Ngành Khuôn Mẫu Tích Hợp Máy CNC 5 Trục và AI

Ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu đang không ngừng phát triển, được thúc đẩy bởi những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ. Hướng đi tương lai tập trung vào việc tăng cường độ chính xác, rút ngắn thời gian sản xuất và tự động hóa các quy trình phức tạp. Một trong những xu hướng rõ rệt nhất là sự chuyển dịch từ các máy CNC 3 trục truyền thống sang các hệ thống đa trục tiên tiến hơn. Việc ứng dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) và Học máy (Machine Learning) cũng đang mở ra những tiềm năng mới. AI có thể được sử dụng để tự động hóa việc phân tích khuôn, đề xuất các thiết kế tối ưu dựa trên hàng nghìn dữ liệu dự án trước đó. Trong lập trình CAM, AI có thể tự động tạo ra các đường chạy dao hiệu quả nhất, giảm thiểu sự phụ thuộc vào kinh nghiệm của người lập trình. Sự kết hợp giữa phần cứng tiên tiến và phần mềm thông minh hứa hẹn sẽ tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành, giúp các doanh nghiệp tạo ra những bộ khuôn phức tạp, chất lượng cao với chi phí và thời gian cạnh tranh hơn bao giờ hết. Đây là một bước tiến tất yếu để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường toàn cầu.

6.1. Lợi ích của máy CNC 5 trục trong gia công chi tiết phức tạp

So với máy 3 trục, máy CNC 5 trục mang lại những lợi thế vượt trội khi gia công các bề mặt cong và phức tạp. Máy có khả năng di chuyển dao theo 5 trục đồng thời (3 trục tịnh tiến X, Y, Z và 2 trục xoay A, B hoặc C), cho phép dao luôn tiếp cận phôi ở góc tối ưu nhất. Điều này giúp sử dụng các loại dao ngắn hơn, cứng vững hơn, giảm rung động và tăng chất lượng bề mặt. Đối với lòng khuôn có các hốc sâu và hẹp, máy 5 trục có thể gia công hoàn thiện trong một lần gá đặt duy nhất, loại bỏ các sai số tích lũy do gá đặt lại nhiều lần. Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao, hiệu quả và khả năng gia công các chi tiết mà máy 3 trục không thể làm được đã khiến máy CNC 5 trục trở thành một khoản đầu tư chiến lược cho các công ty khuôn mẫu hàng đầu.

6.2. Xu hướng tự động hóa trong quy trình thiết kế khuôn mẫu

Tự động hóa đang thay đổi toàn bộ quy trình thiết kế khuôn mẫu. Các phần mềm CAD/CAM hiện đại ngày càng tích hợp nhiều tính năng thông minh hơn. Ví dụ, các công cụ tự động tạo mặt phân khuôn, tự động thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa, hay tự động bố trí hệ thống làm mát. Xu hướng này giúp giảm bớt các công việc lặp đi lặp lại, cho phép các kỹ sư thiết kế tập trung vào các khía cạnh sáng tạo và giải quyết vấn đề phức tạp hơn. Trong tương lai, quy trình từ khi nhận mô hình sản phẩm đến khi có bản vẽ thiết kế khuôn hoàn chỉnh có thể được rút ngắn đáng kể nhờ vào các thuật toán và quy trình làm việc tự động, nâng cao năng suất và giảm thiểu sai sót do con người.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Vai trò và chức năng của CAD/CAM/CNC CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing) là thuật ngữ chỉ việc thiết kế và chế tạo được hổ trợ bởi máy tính. Công nghệ CAD/CAM sử dụng máy tính để thực hiện một số chức năng nhất định trong thiết kế và chế tạo. Công nghệ này đang được phát triển theo hướng tích hợp thiết kế với sản xuất, CAD/CAM sẽ tạo ra một nền tảng công nghệ cho việc tích hợp máy tính trong sản xuất.

CAD (Computer Aided Design) là việc sử dụng hệ thống máy tính để hổ trợ trong xây dựng, sửa đổi, phân tích hay tối ưu hoá. Hệ thống máy tính bao gồm phần mềm và phần cứng được sử dụng để thực thi các chức năng thiết kế chuyên ngành. Phần cứng CAD gồm có: máy tính, cổng đồ hoạ, bàn phím và các thiết bị ngoại vi khác. Phần mềm CAD gồm có các chương trình thiết kế đồ hoạ, chương trình ứng dụng hổ trợ các chức năng kỹ thuật cho người sử dụng như: phân tích lực ứng suất của các bộ phận, phản ứng động lực học của các cơ cấu, các tính toán truyền nhiệt và lập trình bộ điều khiển số.

CAM (Computer Aided Manufacturing) là việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các hoạt động sản xuất thông qua giao diện trực tiếp hay gián tiếp giữa máy tính và các nguồn lực sản xuất. CNC (Computer Numerical Controlled): Trước đây các chương trình điều khiển NC đều phải thực hiện thông qua băng đục lỗ, điều khển phải có bộ lọc để giải mã cung cấp các tín hiệu điều khiển cho các trục máy với cách này có nhiều hạn chế, mất thời gian, các chương trình phải viết lại và dung lượng bé. Chương trình CNC đã khắc phục được các nhược điểm đó bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin trong bộ nhớ. Cho đến nay, CNC đã xuất hiện trong hầu hết các ngành công nghiệp, đây là lĩnh vực có sự kết hợp chặt chẽ giữa máy tính và máy công cụ.

Ứng dụng CAD/CAM/CNC trong việc thiết kế sản phẩm Cho đến nay việc ứng dụng các thành tựu của khoa học kỷ thuật vào quá trình sản xuất rất mạnh mẽ.Thay vào việc phải công nhân phải trực tiếp đứng máy gia công thì ngày nay trong các nghành công nghiệp nhiều máy công cụ cổ Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 4 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh điển đã được thay thế bằng máy CNC. Ứng dụng CAD/CAM/CNC để tổ chức sản xuất kèm theo đó là các phần mềm ứng dụng để lập trình và điều khiển máy. Toàn bộ các thao tác gia công trên máy đều được thiết kế và mô phỏng trong chương trình phần mềm.

Giúp tránh được những sai sót có thể xảy ra. Trình độ thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có thể coi là một tiêu chí đánh giá sự phát triển của nền công nghiệp. Hiện nay, các sản phẩm trong các ngành công nghiệp được chế tạo bằng việc sử dụng các hệ thống khuôn mẫu khác nhau. Sản phẩm khuôn mẫu thuộc loại sản phẩm Cơ - Tin - Điện tử (Mechatronics) kỹ thuật cao, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghiệp khuôn mẫu hiện nay theo các hướng sau:  Hoàn thiện và phát triển phần cứng điều khiển số CNC, phát triển phần mềm theo hướng: đơn giản trong lập trình, tích hợp nhiều tính năng và giao diện linh hoạt, thuận lợi.

 Xây dựng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE trợ giúp trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu. Hướng phát triển của hệ thống tích hợp CAD/CAM là sẽ bổ sung các mô hình thiết kế, cập nhật thêm các phương pháp gia công chính xác, hiệu quả và hiện đại. Phát triển các phần mềm trợ giúp thiết kế, tính toán, kiểm định và mô phỏng. Hướng phát triển này mới mẽ và đang được đầu tư ưu tiên hàng đầu Ứng dụng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CNC hiện nay đang là thị trường mua bán và ứng dụng khá sôi động.

Có thể nói rằng: không có phần mềm CAD/CAM thì không thể thiết kế và chế tạo khuôn mẫu phức tạp, có độ chính xác cao.  Trong công nghệ chế tạo sản phẩm khuôn mẫu công nghệ cao thì công nghệ thông tin được ứng dụng rất có hiệu quả và đóng vai trò quan trọng quyết định trong ngành Cơ- điện tử. Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong gia công cơ khí bằng các thiết bị điều khiển số là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn trong đào tạo cũng như trong sản xuất cơ khí. Giới thiệu về phần mềm Creo Parametric Creo Prametric là phần mềm của hãng Prametric Technology Corporation (PTC).

Được nâng cấp lên từ phiên bản Pro/E với giao diện được thay đổi gần như hoàn toàn để người dùng có thể thao tác dể dàng hơn. Đây là phần mềm Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 5 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh thiết kế theo tham số, có nhiều tính năng mạnh trong lĩnh vực CAD/CAM/CAE. Chỉ với Creo Prametric người dùng có thể thiết kế, tạo khuôn, lập trình gia công CNC và lập mô hình mô phỏng được tất cả các chi tiết hay vật thể.

Một số tính năng của phần mềm Thiết kế sản phẩm : Người dùng có thể thiết kế được tất cả các sản phẩm từ đơn giản bằng các công cụ: Extrude, Revolve, Sweep đến phức tạp bằng các lệnh: Blend, Warp, Section Sweep, Sweep Blend,…Hơn nữa, Creo Prametric còn hỗ trợ thiết kế sản phẩm theo tham số để tạo mô hình các chi tiết máy tiêu chuẩn một cách nhanh chóng. Ngoài ra cũng như các phần mềm 3D khác, Creo Prametric cho phép chỉnh sửa lại thông số thiết kế trong từng bước và cập nhật tự động cho các bước tiếp theo. Thiết kế khuôn : Creo Prametric mô phỏng các quá trình lắp khuôn và tách khuôn tạo sản phẩm. Sau khi thiết kế xong chi tiết mẫu, Creo Prametric cho phép chúng ta tính toán độ co rút của vật liệu, tự động thiết kế hình dạng lồng khuôn cho chi tiết mẫu và mô phỏng quá trình tách khuôn với chức năng Mold Cavity.

Lập trình gia công CNC : Với sự hỗ trợ của phần mềm Creo Prametric, công ty CNC thiết lập thật sự linh hoạt hơn và dễ dàng hơn, người dùng có thể chọn nhiều kiểu phay khác nhau để hoàn thiện chi tiết: Profile, Pocketing, Face, Gia công thô, Gia công thô, hoàn thiện và khắc chữ, và xuất chương trình gia công Xuất bản vẽ 2D : Cũng như các phần mềm khác, Creo cung cấp mô-đun tạo ra các chiều ngang, bằng hay cạnh,… từ chi tiết 3D của mô hình. Ngoài ra phần mềm còn cung cấp các ký hiệu có sẵn như định mức, các ký hiệu sai hình dung, … điều đó không góp phần làm bản vẽ nên đẹp hơn, sáng hơn mà còn giải phóng sức mạnh lao động con người Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 6 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HŨ MATSU 2300ML 1. Tạo file vẽ mới  Chọn Select Working DirectoryChọn nơi lưu file Hình 1.

1: Thiết lập vị trí mặc định lưu file  Chọn New: Xuất hiện hộp thoại New  Trong Type chọn Part, trong Sub-type chọn Solid  Trong mục File name: đặt tên cho file vẽ  Bỏ tick Use default templateOK. Hộp thoại New File Options xuất hiện: Chọn mmns_part_solidOK a) b) Hình 1. 2: a) Thiết lập loại thiết kế và đặt tên, b) Thiết lập đơn vị Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 7 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Màn hình làm việc của phần mềm xuất hiện với 3 mặt phẳng chuẩn Hình 1.

3: Mà hình làm việc của phần mềm 2. Thiết kế Hũ Matsu 2300ml a) Tạo hình dạng của hũ Matsu 2300ml  Chọn tab ModelExtrudePlacementDefine Hình 1. 4: Chọn mặt phẳng vẽ Sketch Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 8 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Hộp thoại Sketch hiện ra, click chuột chọn mặt phẳng FRONTSketch Hình 1.

5: Hộp thoại Sketch  Chọn vào Sketch View để đưa về mặt phẳng vẽ 2D Hình 1. 6: Đưa mà hình về chế độ vẽ 2D  Trong group Sketching, chọn Center Rectangle Hình 1. 7: Chọn kiểu vẽ Skecth Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 9 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Tiến hành vẽ một hình vuông có chiều dài 126mmOK Hình 1.

8: Hình vẽ Sketch khối hũ Matsu  Chọn kiểu đùn đối xứng theo 2 phía Symmetric và nhập độ dài khối là 200mmOK Hình 1. 9: Tạo khối đùn đối xứng về 2 phía Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 10 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Chọn mặt phẳng trên khối vừa tạoExtrude Hình 1. 10: Chọn mặt phẳng vẽ Sketch  Chọn Sketch Viewvẽ biên dạng như Hình 11OK Hình 1.

11: Kích thước Sketch khối miệng của hũ Matsu Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 11 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Chọn kiểu đùn Blind và nhập chiều sâu cắt là 20mmRemove Materialchọn vào biểu tượng Flip OK Hình 1. 12: Kích thước chiều sâu đùn của miệng hũ Matsu b) Tạo phần thân của hũ Matsu 2300ml  Ta sử dụng lệnh Extrude để đùn với kích thước như Hình 13 a) b) Hình 1. 13: a) Kích thước Sketch phần thân, b) Chiều sau cắt của phần thân Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 12 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS.

Phan Nguyễn Duy Minh  Ta cũng sử dụng lệnh Extrude để đùn các phần thân còn lại với kích thước như sau: Hình 1. 14: Các kích thước đùn phần còn lại của phần thân a, b, c, d Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 13 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Tương tự ta cũng sử dụng lệnh Extrude để vẽ hốc tay cầm Hình 1. 15: Các kích thước để đùn hốc tay cầm  Dùng lệnh Mirror để đối xứng lệnh Extrude qua mặt phẳng TOP Hình 1.

16: Tạo hốc tay cầm bằng lệnh Mirror Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 14 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS. Phan Nguyễn Duy Minh  Dùng lệnh Draft để tạo độ nghiêng cho phần hốc tay cầm  Trong References:  Mục Draft Surfaces: chọn mặt cần vác nghiêng  Mục Draft hinges: chọn mặt phẳng cố định để tạo góc nghiêng  Mục Pull Direction: hướng tạo góc nghiêng Hình 1. 17: Tạo độ nghiêng mặt phẳng với góc 40  Các mặt còn lại làm tương tự với các thông số như Hình 18 Hình 1. 18: Tạo độ nghiêng mặt phẳng với góc 15 và goc 10 Nguyễn Trần Hoài Bảo Trang 15 Đồ án môn học CAD/CAM/CNC GVHD: TS.

Phan Nguyễn Duy Minh  Tiếp tục ta sử dụng lệnh Extrude để đùn các hốc ngón tay Hình 1.