Luận văn: Nghiên cứu công nghệ CAD/CAM-CNC vào việc thiết kế gia công khuôn

Luận văn thạc sĩ phân tích ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC vào thiết kế và gia công khuôn mẫu, từ lý thuyết đến thực nghiệm gia công chi tiết.

• Tác giả: Đoàn Văn Lương
• Người hướng dẫn: Ts. Trương Hoành Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Ứng Dụng Công Nghệ CAD/CAM/CNC Vào Việc Thiết Kế Và Gia Công Khuôn Mẫu
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ CAD CAM CNC trong thiết kế khuôn mẫu

Công nghệ CAD/CAM/CNC đã trở thành nền tảng quan trọng trong ngành thiết kế và gia công khuôn mẫu hiện đại. CAD (Computer Aided Design) cho phép các kỹ sư thiết kế khuôn với độ chính xác cao, trong khi CAM (Computer Aided Manufacturing) hỗ trợ lập trình gia công tự động. CNC (Computer Numerical Control) thực hiện các chương trình gia công trên máy với sự điều khiển số. Sự kết hợp ba công nghệ này tạo ra một quy trình toàn diện, từ thiết kế đến sản xuất, giúp nâng cao hiệu suất, độ chính xác và giảm chi phí sản xuất. Ứng dụng CAD/CAM/CNC không chỉ tăng năng suất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm khuôn mẫu đạt tiêu chuẩn quốc tế.

1.1. Khái niệm và vai trò của CAD trong thiết kế khuôn

CAD là công cụ thiết kế trợ giúp máy tính cho phép kỹ sư tạo mô hình 3D chi tiết của khuôn mẫu. Phần mềm CAD như CATIA cung cấp các module chuyên biệt cho thiết kế khuôn ép phun nhựa, kênh nhựa, hệ thống chốt hồi về. Việc sử dụng CAD giúp phát hiện sớm các lỗi thiết kế, tối ưu cấu trúc khuôn và rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm.

1.2. Ứng dụng CAM và CNC trong gia công khuôn

CAM tự động hóa quá trình lập trình gia công từ mô hình 3D, tạo ra mã lệnh CNC. CNC sau đó thực hiện các lệnh này trên máy gia công, đảm bảo độ chính xác cao và tính nhất quán. Công nghệ CAM/CNC cho phép gia công các hình dáng phức tạp trên khuôn với sai số tối thiểu, nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

II. Quá trình thiết kế khuôn mẫu ép phun nhựa

Khuôn ép phun nhựa là thiết bị then chốt trong ngành công nghiệp chế tạo sản phẩm nhựa. Quá trình thiết kế khuôn ép phun bao gồm nhiều bước phức tạp: phân tích sản phẩm, tính toán các thông số kỹ thuật, thiết kế các thành phần cơ bản như lõi, hốc, hệ thống dẫn hướng, hệ thống làm nguội và hệ thống chốt hồi về. Thiết kế khuôn phải đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác, tuổi thọ khuôn, và khả năng sản xuất hàng loạt. Sử dụng phần mềm CAD như CATIA giúp tối ưu hóa cấu trúc khuôn, giảm chi phí vật liệu và đảm bảo tính khả thi của sản xuất.

2.1. Các bộ phận cơ bản của khuôn ép phun nhựa

Khuôn ép phun nhựa gồm nhiều bộ phận chính: hốc khuôn (nơi tạo hình sản phẩm), lõi khuôn (tạo hình phần lõi sản phẩm), hệ thống dẫn hướng (đảm bảo căn chỉnh chính xác), hệ thống chốt hồi về (giúp tách sản phẩm), hệ thống làm nguội (kiểm soát nhiệt độ). Mỗi bộ phận yêu cầu thiết kế chính xác sử dụng CAD để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

2.2. Yêu cầu kỹ thuật và vật liệu làm khuôn

Khuôn ép phun nhựa phải chịu được nhiệt độ cao, áp lực lớn và tác động cơ học lặp lại hàng triệu lần. Vật liệu thép ép khuôn được lựa chọn dựa trên loại nhựa, độ phức tạp sản phẩm và số lượng sản xuất. Thiết kế khuôn với CAD giúp kiểm tra ứng suất, biến dạng và tối ưu hóa tuổi thọ khuôn.

III. Quy trình ứng dụng CATIA và Mastercam trong thiết kế và gia công

CATIA là phần mềm CAD hàng đầu cho thiết kế khuôn mẫu với các module chuyên biệt như BMX (Expert Moldbase Extension) hỗ trợ thiết kế khuôn ép phun nhựa. Quy trình bắt đầu từ vẽ chỉ tiết sản phẩm, thiết kế cấu trúc khuôn tổng thể, sau đó sử dụng Mastercam để lập trình gia công CNC. Mastercam tự động sinh mã lệnh NC từ mô hình 3D, cho phép gia công các bề mặt phức tạp. Quy trình CAD/CAM này đảm bảo tính toàn vẹn từ thiết kế đến sản xuất, giảm lỗi và nâng cao hiệu suất sản xuất khuôn mẫu.

3.1. Các bước thiết kế khuôn trong CATIA

Bước đầu tiên là nhập dữ liệu sản phẩm và phân tích công nghệ sản xuất. Tiếp theo vẽ chỉ tiết khay nhựa chi tiết, sau đó thiết kế khuôn tổng thể bao gồm hốc, lõi, hệ thống dẫn hướng. CATIA cho phép mô phỏng quá trình ép phun, kiểm tra độ dày thành sản phẩm, dòng chảy nhựa. Cuối cùng xuất dữ liệu 3D để lập trình gia công.

3.2. Lập trình gia công và tạo mã CNC bằng Mastercam

Mastercam nhập mô hình 3D từ CATIA và tự động tạo chiến lược gia công cho các bề mặt khác nhau. Kỹ sư thiết lập máy gia công, hệ tọa độ và mặt phẳng an toàn. Sau đó tạo các chương trình gia công cho bề mặt chỉ tiết, kênh nhựa. Mastercam tối ưu hóa đường dụng cụ, giảm thời gian gia công và tăng độ chính xác CNC.

IV. Kiểm tra đánh giá kết quả gia công và mẹo tối ưu hóa

Sau khi hoàn thành gia công CNC trên máy, cần tiến hành kiểm tra sản phẩm để đánh giá độ chính xác. Sử dụng các công cụ đo lường như máy đo tọa độ (CMM) để kiểm tra kích thước, độ phẳng, độ tròn của các bề mặt. Đánh giá độ nhám bề mặt chỉ tiết theo tiêu chuẩn, kiểm tra các lỗi như vết cắn, trầy xước. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công bao gồm: độ cứng khuôn, tốc độ cắt, nước mát, độ bền dụng cụ. Tối ưu hóa các thông số gia công CNC dựa trên kết quả kiểm tra giúp nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

4.1. Phương pháp kiểm tra và đánh giá chất lượng khuôn

Kiểm tra độ chính xác bao gồm đo kích thước, độ thẳng, độ vuông góc của các bề mặt khuôn. Sử dụng máy đo CMM để kiểm tra các hình dáng phức tạp. Đánh giá chất lượng bề mặt bằng cách đo độ nhám, kiểm tra vết cắn dụng cụ. Kiểm tra độ bền khuôn qua các chu kỳ ép phun thử nghiệm, đánh giá độ mòn lõi, hốc.

4.2. Tối ưu hóa quy trình CAD CAM CNC để nâng cao hiệu quả

Tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh thông số gia công: tốc độ cắt, độ sâu cắt, tốc độ tiến. Lựa chọn dụng cụ cắt phù hợp với vật liệu khuôn. Sử dụng mô phỏng gia công trong Mastercam để dự đoán lỗi trước khi gia công. Liên tục cập nhật thư viện CAD với các chi tiết thường dùng để rút ngắn thời gian thiết kế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỐNG QUAN VŨ CÔNG NGIH CAI/CAM/ƠNG. 10 VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU. Tổng quan về CAD/CAMƯƠNG. Tổng quan về CNC.

Tổng quan v8 CAD/CAM 12 1. Giới hạn nghiên cứu của đề tài. CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU VẺ KHUÔN MẪU DE UNG DUNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC VÀO THIET KE CHE TAO. Thực trạng khuôn mẫn trên thế giới và Việt Nam.

Thực trạng khuôn mẫu trên thế giới. Thực trạng khuôn mẫu ở Việt Nam }9 2. Tổng quan clrung về khuôn ép phun nhựa. Vật liệu chất đêo.

Tính c he dic diểm, ứng, dụng của chất déo. Cot st thidt 8 UO oes eecceeeesseeenennesseneecccnnennensteccecesnnnnnneeetes 23 2. Các loại khuôn ép phụn nhựa. Các bộ phận cơ hắn của khuôn.

Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn ép nhựa 27 2. IIệ thống đấy. Hệ thông chốt hồi về. Hệ thống cắp nhựa ca 30 2.

Lõi mặt bên của khuôn - 32 2. Hệ thống làm nguội khuôn. Vật liệu làm khuôn. Phương pháp thiết kế khuôn:.

Cấu lao may ép phun 35 2.2 Các công đoạn của máy ép phưn. 36 CHƯƠNG 3 UNG DUNG CONG NGHE CAD/CAM/CNC DE THIET KHUON VA LAP CHUGNG TRINII GIA CONG LONG, LOT KTIUON. Phần mềm CATIA. Gidi thiéu vé phin mé.

Các Module chính và chức 39 3. Đặc trưng nỗi bật ela CATIA 42 3. Ứng dụng phân mềm Catia để thiết kế bộ khuôn ép ‘phon nhựa.1 Giới thiệu tống quan về sản phẩm nghiên cứu.22 Phân tích công nghệ sản xuất và lấy mẫu dựng hình chỉ tiết 45 3.3 Các bước vẽ chỉ tiết khay bằng phần mềm Catia cac. Thiết kế khuôn cho sản phẩm khay nhựa.

Phân tích ÿ tướng: khe 48 3. Thiết kế khuôn tổng thể 48 3. Ứng đụng phần mềm Masteream6 để lập trình gia sông. Thực nghiệm gia công mẫu.

Tạo phôi cho cá quá trình gia công (Workpiece) presen OF 3. Thidt lip máy, hệ toa độ và mặt phẳng an toan cho quá trình gia công, a cee 68 3. Tiến hành làm các chương trình gia công bề mặt chỉ tiết 60 3. Tạo chương trình gia công !C.

AD CITUGNG 4 KET QUA GIA CONG VA DANIT GIA CIIUNG VE SAN PITAM 82 4. Gia công sản phẩm trên máy ƠNƠ. Kiểm tra sản phâm sau khi gia công để đánh giá độ chính xác cũng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÔ 'THỊ, ẢNH CHỤP Hình 1. Quá trừnh hình thành và phat triển của GADACAM/CAE.

Liên kết dữ liệu siữa C1Ð và C⁄IÀđ. Mỗi quan hệ CAIACAM.1:Các loại vật liệu.2 :Câu tạa khuôn hai tam - - 23 Hình 2.3:Khuôn ba lẮm.4: khudn ba tim - - 3 đình 2.5: Khuôn nhiều tầng.6: Câu tạo sơ bộ + 25 Hình 3.7: Các bộ phận cơ bản của khUÔn.8: Hệ thông đây.9: Hệ thắng chốt hỗi về.10: Cuống phun 30 Hình 2.Bồ trí kênh nhựa.12:Cúc kiểu kênh nhựa thông dụng 31 Hình 2.13:Vật phun bị ngắt 3L Hình 2.14: Sản phẩm bị cong vénh.16: Sự lạo đuôi. tin Hee 32 Tình 2. Các kiêu bộ trí lòng khuôn dạng hình chữ nhật ----34 Hình 2.

Kiểu bố trí lòng khuôn dạng tròn và thẳng .20: Câu tạo máy ép phưn a.22: Quá trình nhựa hoá.23: Quá trình diễn đây khuÔn.24: Quá trình lấy sản phẩm.: Một số ứng dụng của phần môm CAT. 2 như chất lượng bề mặt của chỉ tiết sau khi gia công. Bo độ nhám của bề mặt sản phẩm. Kiểm tra độ chính xác của sản phẩm.

Các nguyên nhân ảnh hướng dến độ chính xác gia công on may CNC 86 4. Kiểm tra và đánh giá độ chính xác của chỉ tiết 9 KẾT LUẬN VẢ KIÊN NGHỊ. 222252222222 2e 97 TAL LIEU THAM KHẢO. oĂc co, 98 LOT CAM ON Với sự kinh trọng và lòng biể: ơn sâu Tôi xin bảy tổ lòng biết ơn chân thành tới T8, Trương Hoành Sơn - người hãy đã tận tình hướng dẫn tôi trong sudt qua tinh nghiên cứu và hoàn thành luận văn Tiếp theo Tôi xin chân thành căm ơn Ban giám hiệu trường Dại hoc Bach khoa Tả Nội, Viện đảo tạo sau dại học, Viện Cơ khi và bộ mỏn Chế tạo Máy dã tạo mọi điêu kiện thuận lợi cho tôi trong quá trinh học tập, nghiên cứu vả thục hiện bản luận vẫn mày Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bẻ và đồng nghiệp đã động viên giứp đã tôi trờng suỐt thời gian qua.

Xin tran trong cam on! DANH MỤC CÁC KÝ IIỆU, CÁC CHỮ VIÉT TÁT- TT Ý nghĩa Dịch nghĩa 1 ` ` | Computer CAD - Aided Design Thiế tìnhkế với sự trợ giúp của mấy 2 CAI | Computer Aided Lingineering | Máy tỉnh hỗ trợ kỹ thuật 3 onnfacbsen CAM | Computer Aided Manufacturing | | vụ, Ổi vịnh dông với sự lợ giúp cửa 4 CED | Computational Fluid Dynamics | Tinh toan khi déng bực học S CMM | Coordinate Measuring Machine | Máy đo tọa độ 6 CNC | Computer Numerical Contre! | trình May sôdiee Khisn theo chương 7 BMX | Fxpert Moldbase Extension | nhụa Module ho te thet kế khuôn 8 EHA | Finite Element Analysis Phân tích phần tử hữu hạn 9 MCAD | Mechanical computer aided | Thiết kế cơ khí với sự trợ giúp design của máy tinh 10 NURBS | Non-uniform rational B-spline | Bé mat tu do 11 RE__| Reverse Engineering Kỹ thuật ngược 12 PDX. | Progresive Die ixtension Module dập hé trợ thiết kế khuôn Hình 3.32: Chèn chỉ tiết vào khuôn. Bộ khuôn âược tao.34: Tạo phân hốc. nhe SG Tình 3.35: Tạo phân lõi eecceeee este 56 Hình 3.36: LẮn trục dẫn hướng vào khuôn.37 :Lắp bạc dẫn hướng.

Lap rap bu ling c6 dinh tam khuôn trên.39:1Ăp ráp bu lông tâm khuôn dưới ¬ 58 Hình 3.40: l‡ trí chất hội.4! :Lap chat hải - - + 59 Hình 3.42: Lap bac cudng phute ccc co. Piém lap bu ling. LẮp bu lông cỗ định bạc cuéng phun ce 61 Fink 3.45: Lép cuồng phụm.46: Diém lip chét day —.47: Lap chất đậu vào khuôn - - .48: Bộ khuôn hoàn chỉnh.49: Hệ thông bu lông, chốt, phụ kiện Tre. Kich thước lắm hỗc khuân - 264 Linh 3.5L: Kích thước tâm lối khuôn.52: Tạo một file gia công mới.55: Tạo phôi cho quả trình gia công.54: Thiết lập mặt phẳng an loàn cho quá trình gia công.55: Chon dao cho qué trink gia công.56: Thiết lập các thông số cho quả trình gia công th.57: Kiém tra đường chạy dao của quá trình gia công.58: Mô phông dường chạy đao gia công thô.59: Khai báo thông số dao cho quá trình phay thô.60: Thiết lập các thông số cho quá trình gia công thô - 73 Hình 3.61: Mã phỏng đường chạy đao gia công thô.

74 DANH MỤC CÁC KÝ IIỆU, CÁC CHỮ VIÉT TÁT- TT Ý nghĩa Dịch nghĩa 1 ` ` | Computer CAD - Aided Design Thiế tìnhkế với sự trợ giúp của mấy 2 CAI | Computer Aided Lingineering | Máy tỉnh hỗ trợ kỹ thuật 3 onnfacbsen CAM | Computer Aided Manufacturing | | vụ, Ổi vịnh dông với sự lợ giúp cửa 4 CED | Computational Fluid Dynamics | Tinh toan khi déng bực học S CMM | Coordinate Measuring Machine | Máy đo tọa độ 6 CNC | Computer Numerical Contre! | trình May sôdiee Khisn theo chương 7 BMX | Fxpert Moldbase Extension | nhụa Module ho te thet kế khuôn 8 EHA | Finite Element Analysis Phân tích phần tử hữu hạn 9 MCAD | Mechanical computer aided | Thiết kế cơ khí với sự trợ giúp design của máy tinh 10 NURBS | Non-uniform rational B-spline | Bé mat tu do 11 RE__| Reverse Engineering Kỹ thuật ngược 12 PDX. | Progresive Die ixtension Module dập hé trợ thiết kế khuôn như chất lượng bề mặt của chỉ tiết sau khi gia công. Bo độ nhám của bề mặt sản phẩm. Kiểm tra độ chính xác của sản phẩm.

Các nguyên nhân ảnh hướng dến độ chính xác gia công on may CNC 86 4. Kiểm tra và đánh giá độ chính xác của chỉ tiết 9 KẾT LUẬN VẢ KIÊN NGHỊ. 222252222222 2e 97 TAL LIEU THAM KHẢO. oĂc co, 98 LOT CAM ON Với sự kinh trọng và lòng biể: ơn sâu Tôi xin bảy tổ lòng biết ơn chân thành tới T8, Trương Hoành Sơn - người hãy đã tận tình hướng dẫn tôi trong sudt qua tinh nghiên cứu và hoàn thành luận văn Tiếp theo Tôi xin chân thành căm ơn Ban giám hiệu trường Dại hoc Bach khoa Tả Nội, Viện đảo tạo sau dại học, Viện Cơ khi và bộ mỏn Chế tạo Máy dã tạo mọi điêu kiện thuận lợi cho tôi trong quá trinh học tập, nghiên cứu vả thục hiện bản luận vẫn mày Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bẻ và đồng nghiệp đã động viên giứp đã tôi trờng suỐt thời gian qua.

Xin tran trong cam on! DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÔ 'THỊ, ẢNH CHỤP Hình 1. Quá trừnh hình thành và phat triển của GADACAM/CAE. Liên kết dữ liệu siữa C1Ð và C⁄IÀđ. Mỗi quan hệ CAIACAM.1:Các loại vật liệu.2 :Câu tạa khuôn hai tam - - 23 Hình 2.3:Khuôn ba lẮm.4: khudn ba tim - - 3 đình 2.5: Khuôn nhiều tầng.6: Câu tạo sơ bộ + 25 Hình 3.7: Các bộ phận cơ bản của khUÔn.8: Hệ thông đây.9: Hệ thắng chốt hỗi về.10: Cuống phun 30 Hình 2.Bồ trí kênh nhựa.12:Cúc kiểu kênh nhựa thông dụng 31 Hình 2.13:Vật phun bị ngắt 3L Hình 2.14: Sản phẩm bị cong vénh.16: Sự lạo đuôi.

tin Hee 32 Tình 2. Các kiêu bộ trí lòng khuôn dạng hình chữ nhật ----34 Hình 2. Kiểu bố trí lòng khuôn dạng tròn và thẳng .20: Câu tạo máy ép phưn a.22: Quá trình nhựa hoá.23: Quá trình diễn đây khuÔn.24: Quá trình lấy sản phẩm.: Một số ứng dụng của phần môm CAT.62: Khai bảo thông số dao cho quá trình bán tình vả tỉnh.63: Thiết lập các thông số cho quá trình gia công tình 16 Hình 3.64: Khai bảo thông sỐ đao cho quá trình tinh.65: Thiết lập các thông số đao cho quá irình gia công tình.66: Kiểm tra quá trình chạy dao của quả trình gia công tinh. May phay CNC SUNMILL.

Sân phẩm 2 nữa khuôn khuôn ép phụm khay nhựa 84 Tình 4. VỊ trí do độ nhám trên sẵn phẪm.5: Đầu Äo thực hiện đa độ nhằm: Tre Tre .6: Thiết bị Soan Máy quêt 3D cia hing NIKON. Đầu quái sân phẩm.8 Hình chiếu máy - - 93 Tinh 4.9: Sản phẩm quét.10 : REF: Đi tượng so sảnh (File tuết ká 3D).11 + Kết quả kiễm tra sản phẩm. Sai sé trong gia công,.

96 “ LOT CAM ON Với sự kinh trọng và lòng biể: ơn sâu Tôi xin bảy tổ lòng biết ơn chân thành tới T8, Trương Hoành Sơn - người hãy đã tận tình hướng dẫn tôi trong sudt qua tinh nghiên cứu và hoàn thành luận văn Tiếp theo Tôi xin chân thành căm ơn Ban giám hiệu trường Dại hoc Bach khoa Tả Nội, Viện đảo tạo sau dại học, Viện Cơ khi và bộ mỏn Chế tạo Máy dã tạo mọi điêu kiện thuận lợi cho tôi trong quá trinh học tập, nghiên cứu vả thục hiện bản luận vẫn mày Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bẻ và đồng nghiệp đã động viên giứp đã tôi trờng suỐt thời gian qua. Xin tran trong cam on!