TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH ANH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MASO DU 2 Giáo viên hướng dẫn. Trân Văn Tùng Sink vién thực liện - : Đỉnh Thị Lụa hóp :94- KTCK Mã sinh viên + 0951010377 [0771772 : 2009 - 2013 Hà Nội - 2013 ø› JoL023636/ v52 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP: UNG DUNG PHAN MEM CATIA TRONG THIET KE VA LAP TRINH GIA CÔNG KHUÔN NÁP BẦU LỌC XĂNG TRÊN XE UOÁT NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SÓ -:106 Giáo viên hưởng dẫn : ThS. Trần Văn Tùng ie thực hiện + — Đỉnh Thị Lụa 54-KTCK 0951010377 2009 - 2013 Hà Nội - 2013 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH ĐẶT VÁN ĐỀ. Chương 1: TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU 1. Giới thiệu chung về hệ thông các phần mềm C, AD/ b 1. Chức năng của CAD/CAM. Lợi ích của CAD/CAM. Tổng quan về CNC 1. Cấu trúc máy CNC. Các đặc điểm kết cầu của máy công cụ thường so với máy CNC. Tính cấp thiết của vấn đềnghiên cứu. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và nội dụng nghiên cứu 1. Đối tượng, phạm vi 1. Nội dung nghiên Khanntioduiogtitddid là Chương 2: TÌM HIỂU PHÀN MỀM CATIA TRONG THIẾT KÉ VÀ LẬP TRINH GIA CON! ỒN 2. weld wild well a2 18 2. Trình ứng dụng sketcher. Trinh img dung Core & Cavity Design 2. Tìm hiểu Catia trong gia côn, 2. Module gia công Surface machining Chương 3: THIẾT KÈ KHUÔN NẮẢP BẦU LỌC XĂNG TRÊN XE UOÁT35 3. Phân tích chức năng làm việc của chỉ tiếtnắp bầu lọc xăng 3. Xác định vật liệu và yêu cầu chế tạo khuôn đúc nắp bầu lọc WHHE su 35 3. Xác định dạng sản xuất khuôn đúc nắp bầu lọc xăng . Thiết kế khuôn đúc kim loại nắp bầu lọc xăng. Thiết kế vật mẫu. Thiết kế khuôn. Tính toán các nguyên công. Xác định chế độ cắt nửa khuôn trên. Xác định chế độ cắt nửa khuôn dưới @. Oj Chương 4: LẬP TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN, NAP B = = _ 5 ° TREN XE UOÁT. Lập trình gia công nửa khuôn — S5 4. Chọn gốc tọa độ 4. Chon may gia cong. Xudt NC Code . Lap trình gia công 4. Gia công thực nị khuôn mẫu trên máy phay CNC Sherline. KẾT LUẬN VÀ 1 1. Kiến nghị TÀI LIỆU PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3. Chế độ cắt nửa khuôn trên.2222tc2cEtrrrcrrrreeer 33 Bảng 3. Chế độ cắt nửa khuôn dưới. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Cấu trúc may CNC. Hạ ee Hình 1. Sơ đồ hệ thống diéu khién may CNC 3 truc. Cac module lam viéc cua Catia. Môi trường làm việc với Part Design. Hộp thoại cài đặt các tinh nang cho Catia. Môi trường làm việc sketcher. Sketcher biên dạng. Hộp thoại rằng buộc mối quan hệ tương Hình 2. Module làm việc Part Design —— Hình 2. Môi trường làm việc Part Desi Hình 2. Trình đơn insert. Thông số d: SN Hình 2. Xác định cấc bề mặt chuẩn, bề mặt gia công. Vịrí đó Xðvới phôi. Kiểu đường chay ho dung sai máy. Thiết lập đường dao chạy không. Thông số gia công . Xác đỉnh các mặt phẳng gia công Hình 2. Kiểu đường chạy dao. Khoảng dịch dao giữa 2 Pass. Chiều sâu cắt. Định nghĩa vùng muốn gia công . Định nghĩa đường chạy dao không cắt. Tạo file NC Code. Biên dạng vẽ phác khối cơ sở. Đường xăng vào, đường xăng ra Hình 3. Khối 3D đầu đường xăng vào, xăng Hình 3. Tạo mặt phẳng làm việc . Biên dạng đầu nói Hình 3. Khối 3D đầu nối. Phôi đúc nắp bầu lọc xăn; Hình 3. Lựa chọn kiểu paste. Xác định cắc mặt Cợte` Hình 3. Chọn wien Hình 3. Liên kết các mặtCre với nhau. Tạo mặt phân khuôn. Mặt phân khuôn. Liên kết mặt phân khuôn với mặt Cavity Hình 3. Mặt cắt Core, mat ct Cavity Hình 3. Biên dạng khuôn. Tạo khối 3D cho khuôn. Cắt khối Body. Nửa khuôn trên. Nửa khuôn dư: Hình 4. Môi trường làm việc Surface machining. Tạo phôi nửa khuôn trên. Chọn gốc tọa độ cho phôi. Cài đặt thông số cho máy phay 3 trục ‹4. Thông số dao phay trụ. Các bề mặt gia công thô Hình 4. Chiều rộng, chiều sâu phay. Các định mặt phẳng imposcdfumÀ, bug“uy Hình 4. Các thông số tốc độ cắt, số vòng quay trục chính khi phay thô Hình 4. Phay thô nửa khuôn trên ` Hình 4. Thông số dao phay. Các bê mặt gia công —. Xác định bước Hình 4. Thông số chỉ Hình 4. Tốc độ cắt; số vòng quay trục chính khi phay tỉnh . Đườn, a Onguyén công phay tinh Hình 4. Thông số mũi khoan ruột gà. Gia công khiển nắp bầu lọc xăng trên máy phay sherline.65 tại phòng thực hành CAD/CAM/CNC Hình 4. Sản phẩm nửa khuôn trên. Sản phẩm nửa khuôn dư ĐẶT VÁN ĐÈ Ngày nay, nhờ vào bước phát triển công nghệ nhảy vọt của khoa học kỹ thuật đã mang lại cho con người nhiều tiện ích. Đặc biệt là những chương trình ứng dụng trong thiết kế và gia công cơ khí, gọi chung là công nghệ CAD/CAM/CNC đã được các nhà chế tạo máy ứng dụ vào máy cắt kim loại với các hệ thống điều khiển ngày càng tin cậyy bon és độost ly nhanh gia thành hạ. Trong môi trường sản xuất linh Hóạt thì điều. khiển số CNC (Computer Nưmerical Conrol) đóng vai trò Thưa tong. Sử dụng máy công cụ điều khiển số CNC cho phép giảm khối lượng gigia công cơ khí, nâng, cao độ chính xác gia công, hiệu quả kinh đề và rút ngắn thời gian sản xuất. Đi cùng sự phát triển không ngừừng của máy ‹ aj khiển số CNC. Là các phần mềm thiết kế - gia công như: Catia,MeeCen, ProEngieer,. ngày càng phát triển tiện dụng hơn, cổ nhiều tính nang mới, giao diện trực quan, dé tìm hiểu và ứng dụng. Sự kết hợp tủa cong Cghệ CAD/CAM/CNC trong gia công cơ khí được phát triển ting on cao việc tự động hóa đáp ứng nhu cầu của con người. Đối với SÁNG: một Sóc đang phát triển thì xu hướng này cũng trở thành nhu cầu é Catia là một trong những phần mềm của hệ thống CAD/CAM, tích hợp nhiều module thiết Kế ứng dung trong nhiều lĩnh vực khác nhau, với chức ng cơ bản trong thiết kế eo ki nhu vé phac, bién dang, thiét ké thép tấm, gia công và phân khuôn. Catia còn có chức năng luôn và lập trình gia công. šn xe Uoát là một chi tiết có hình dáng cấu tạo tương đối phức tạp, yêú cầu.về chịu lực, chịu nhiệt và chịu mài mòn cơ học không lớn, do đó thường được làm bằng nhôm hoặc hợp kim nhôm. Do đặc điểm cấu tạo hình học của chỉ tiết rất phức tạp nên thường được chế tạo bằng phương pháp đúc. Sau đó, gia công lại các bề mặt cần có độ chính xác cao. Hiện nay, xe Uoát được sử dụng tương đối rộng rãi trong quân đội. Qua khảo sát Nhà máy Z151 - Tổng cục kỹ thuật - Bộ quốc phòng, hàng năm có tới 60 — 70 xe được đưa vào đại tu, số lượng chỉ tiết nắp bầu lọc phải thay thế chiếm khoảng 80%. Tuy nhiên, các chỉ tiết thuộc loại xe này hiện nay không được sửa chữa nữa nên những chỉ tiết cần thay thế phải được gia công chế tạo trực tiếp tại Nhà máy. Việc chế tạo chỉ tiết nắp bầu Ì trước đây ở Nhà máy, thường là đúc đơn chiếc trong khuôn cát, năng suất thấp; độ chính xác thấp nên giá thành cao. Ly y y Nhận thấy được tầm quan trọng đó, em tỉ ú thực hiện khóa luận “Ung dung phan mém Catia trong thiét kế lập trình gia công khuôn nắp bầu lọc xăng trên xe Uodt”. Được sự giúp đỡ của. thầy ThS Trần Văn Tùng, cùng với việc tìm hiểu tham khảo các tài:liệu.liên quan và vận dụng kiến thức được học, nay em đã hoàn thành đô án. Mặc dù vậy, do kiến thức của em có hạn, đề tài mới, phần mềm chưa được phổbiến ở 'Việt Nam, việc tìm kiếm tài liệu gặp rất nhiều khó khăn, nên đồ không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy cô, góp ý chỉ bả lêm đểkiến thức của em càng hoàn thiện hơn. Chương 1: TONG QUAN VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu chung về hệ thống các phần mềm CAD/CAM CAD - Computer Aided Design: Thiết kế trợ gúp máy tính, mục tiêu của lĩnh vực CAD là tự động hóa từng bước, tiến tới tự động hóa trong thiết kế sản phẩm. ~~ CAM — Computer Aided Menufacturing: Ché tạổ Sân xuất % sự trợ giúp của máy tính, mục tiêu của CAM là mô phỏng, quá trình ¢ é 120, Tập trình chế tạo trên các máy công cụ tự động CNC (điều Khiển số dũng máy tính), quá <2 trình CAM được thực hiện trên hệ thống my me, cụ điều khiển số NC, CNC. a CAD/CAM là lĩnh vực nghiên cứu Anim tạo-ra các hệ thống tự động thiết kế và chế tạo, trong đó máy tinh TGR được sử dụng để thực hiện một số chức năng nhất định. ~ CAD/CAM tạo mối quan hệ bác thiết giữa‘a hai dạng hoạt động: thiết kế và chê tạo. © Tự động hóa thiết rep dùnghệ thông và phương tiện tính toán, giúp người kỹ sư thiết kế môSO tích tối ưu hóa giải ie thiết kế. Một số phần âm a hệ thống CAD/CAM sử dụng trong cơ khí chế tạo, sản xuất côn, lệ pAuibend ns cho tiệt kế cơ khí, xây ee kién mes Khác biệt với quy “tình thiết kế theo công nghệ truyền théng, CAD cho phép quản lý đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số trong cơ sở dữ liệu trung tâm. Do vậy, CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát triển cho đến giai đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất, tức là hỗ trợ các thiết bị sản xuất bằng điều khiển số. Hệ thống CAD 3 được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lý của các phần mềm thiết kế. Ngày nay, các phần mềm của hệ thống CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế và gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện được các chức năng, cơ bản sau: A © Thiét ké m6 phỏng hình học 3D những hình dạn, ap. Phan tich va lién két dit ligu: Tao mặt phan in hut ch Rr, quan ly cơ cầu lắp ghép,. >} AY ay) ys ¢ Tao ban vé và ghi kích thước tự mụn Có năng liên kết bản vẽ 2D với mô hình 3D và ngược lại. & ® Nội suy hình học biên dịch các ‘ong chạy đao chính xác cho công nghệ gia công điều khiển só. “mà Ay ° Giá tiêp dữ liệu theo các định dang do hagetuen. ; s Xuất dữ liệu 3D dưới dạng tệp tin STL: để giao tiếp với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hìn lập thể.
Trường Đại Học Lâm Nghiệp: Ứng Dụng Phần Mềm CATIA Trong Thiết Kế Khuôn Nắp Bầu Lọc Xăng
Tài liệu nghiên cứu Ứng dụng phần mềm catia trong thiết kế và lập trình gia công khuôn nắp bầu lọc xăng trên xe u oát, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên
Trường đại học
Trường Đại Học Kỹ ThuậtChuyên ngành
Công Nghệ Cơ KhíNgười đăng
Ẩn danhThể loại
Đồ Án Tốt Nghiệp2023
82
1
0
Phí lưu trữ
30 PointMục lục chi tiết
Tóm tắt
I. Giải pháp CATIA Tối ưu hóa thiết kế khuôn mẫu xe Uoát
Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, việc ứng dụng các phần mềm CAD/CAM/CAE đã trở thành một yếu tố then chốt, quyết định đến hiệu suất và chất lượng sản xuất, đặc biệt trong ngành cơ khí chế tạo và sản xuất ô tô. CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application), phát triển bởi Dassault Systèmes, nổi lên như một hệ thống tích hợp toàn diện, cung cấp giải pháp mạnh mẽ từ khâu thiết kế ý tưởng, mô hình hóa 3D, phân tích kỹ thuật (CAE) đến lập trình gia công (CAM). Đối với việc sản xuất các linh kiện ô tô có hình dạng phức tạp như nắp bầu lọc xăng, vai trò của CATIA càng trở nên quan trọng. Tài liệu nghiên cứu gốc nhấn mạnh, "CATIA là một trong những phần mềm của hệ thống CAD/CAM mạnh nhất hiện nay", có khả năng giải quyết triệt để các bài toán kỹ thuật phức tạp. Việc áp dụng phần mềm này vào quy trình thiết kế khuôn cho phép tự động hóa nhiều công đoạn, giảm thiểu sai sót do con người, rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm và nâng cao độ chính xác của bộ khuôn mẫu. Cụ thể, trong dự án thiết kế khuôn cho phụ tùng xe UAZ, CATIA không chỉ hỗ trợ dựng mô hình 3D hoàn hảo cho chi tiết mà còn cung cấp các module chuyên dụng như Mold Tooling Design và Core & Cavity Design để thực hiện công việc tách khuôn trong CATIA một cách trực quan và hiệu quả. Khả năng mô phỏng dòng chảy nhựa và phân tích ứng suất giúp tối ưu hóa thiết kế ngay từ đầu, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt yêu cầu kỹ thuật cao nhất và giảm chi phí sản xuất thử nghiệm. Đây là một bước tiến vượt bậc so với các phương pháp chế tạo truyền thống, vốn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và tốn kém thời gian.
1.1. Tổng quan hệ thống phần mềm CAD CAM CAE hiện đại
Hệ thống phần mềm CAD/CAM/CAE là nền tảng của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. CAD (Computer-Aided Design) tự động hóa quá trình thiết kế, cho phép kỹ sư tạo ra các mô hình 2D và 3D với độ chính xác cao. CAM (Computer-Aided Manufacturing) sử dụng các mô hình này để tạo ra chương trình điều khiển cho máy móc tự động như máy gia công CNC cho khuôn. CAE (Computer-Aided Engineering) cho phép mô phỏng và phân tích các đặc tính kỹ thuật của sản phẩm như độ bền, dòng chảy, nhiệt độ ngay trên máy tính. Sự tích hợp liền mạch giữa ba hệ thống này tạo thành một chu trình sản xuất khép kín, giúp nâng cao năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm và phản ứng nhanh với nhu cầu thị trường.
1.2. Ưu điểm vượt trội của CATIA trong ngành khuôn mẫu
CATIA sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội khi ứng dụng trong thiết kế khuôn ép phun. Phần mềm cung cấp một bộ công cụ toàn diện, từ thiết kế bề mặt phức tạp với module Generative Shape Design (GSD) đến thiết kế khuôn chuyên dụng với Mold Tooling Design. Khả năng liên kết tham số mạnh mẽ giúp mọi thay đổi trên mô hình sản phẩm sẽ tự động cập nhật đến thiết kế khuôn, tiết kiệm thời gian hiệu chỉnh. Hơn nữa, thư viện chi tiết tiêu chuẩn phong phú và khả năng phân tích khuôn (ví dụ: phân tích góc thoát khuôn) giúp người thiết kế tránh được các lỗi phổ biến, đảm bảo tính công nghệ và khả năng chế tạo của khuôn.
1.3. Phân tích sản phẩm Nắp bầu lọc xăng trên xe Uoát
Nắp bầu lọc xăng trên xe Uoát là một chi tiết có chức năng đóng kín bầu lọc và kết nối các đường ống dẫn nhiên liệu. Theo tài liệu nghiên cứu, chi tiết này có hình dáng hình học tương đối phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao ở các bề mặt lắp ghép. Do điều kiện làm việc không đòi hỏi khả năng chịu lực, chịu nhiệt quá lớn, vật liệu thường được sử dụng là hợp kim nhôm. Việc phân tích kỹ lưỡng sản phẩm là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quy trình thiết kế khuôn, giúp xác định các yêu cầu kỹ thuật, mặt phân khuôn tối ưu và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đúc.
II. Thách thức trong chế tạo khuôn nắp bầu lọc xăng xe Uoát
Việc chế tạo khuôn cho nắp bầu lọc xăng xe Uoát đặt ra nhiều thách thức đáng kể, xuất phát từ cả đặc tính hình học của sản phẩm và những hạn chế của phương pháp sản xuất truyền thống. Như khóa luận đã chỉ ra, "chi tiết có hình dáng cấu tạo tương đối phức tạp". Điều này đòi hỏi bộ khuôn phải tái tạo chính xác các đường cong, gân trợ lực, và các cổng kết nối. Các phương pháp gia công thủ công hoặc bán tự động khó có thể đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác và tính nhất quán giữa các sản phẩm. Thêm vào đó, tài liệu khảo sát tại Nhà máy Z151 cho thấy phương pháp cũ là "đúc đơn chiếc trong khuôn cát, năng suất thấp; độ chính xác thấp nên giá thành cao". Khuôn cát không thể tái sử dụng nhiều lần, bề mặt sản phẩm thô, và đòi hỏi nhiều nguyên công gia công lại, làm tăng chi phí và thời gian sản xuất. Một thách thức khác nằm ở việc lựa chọn và gia công vật liệu làm khuôn. Để chịu được áp lực và nhiệt độ cao của quá trình đúc áp lực, vật liệu làm khuôn thường là thép hợp kim dụng cụ như SKD61. Việc gia công loại thép này sau khi nhiệt luyện (độ cứng HRC 50-60) đòi hỏi máy móc và công nghệ gia công CNC cho khuôn hiện đại. Do đó, việc chuyển đổi sang một quy trình thiết kế sản phẩm nhựa và khuôn mẫu tích hợp bằng phần mềm CAD/CAM/CAE như CATIA là một nhu cầu cấp thiết để giải quyết triệt để các vấn đề này, nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng cho phụ tùng xe UAZ.
2.1. Phân tích đặc điểm hình học phức tạp của chi tiết
Nắp bầu lọc xăng không phải là một khối hình học đơn giản. Nó bao gồm nhiều bề mặt cong tự do, các gân tăng cứng, lỗ ren và các đầu nối ống với biên dạng phức tạp. Việc đảm bảo độ đồng tâm, độ song song và dung sai kích thước chính xác giữa các yếu tố này là cực kỳ quan trọng. Khi thiết kế khuôn, cần phải thực hiện phân tích khuôn kỹ lưỡng để xác định các vùng undercut (vùng không thể tháo khuôn), từ đó có giải pháp kết cấu khuôn phù hợp như sử dụng slide hoặc ty đẩy xiên.
2.2. Hạn chế của phương pháp đúc khuôn cát truyền thống
Phương pháp đúc trong khuôn cát, dù chi phí đầu tư ban đầu thấp, nhưng tồn tại nhiều nhược điểm chí mạng đối với sản xuất hàng loạt. Năng suất thấp do mỗi khuôn chỉ đúc được một lần. Độ chính xác và chất lượng bề mặt kém, đòi hỏi chi phí gia công tinh sau đúc rất lớn. Khả năng thoát khí kém cũng dễ gây ra các khuyết tật rỗ khí bên trong vật đúc. Đối với một linh kiện ô tô yêu cầu độ kín khít cao như nắp bầu lọc xăng, những hạn chế này là không thể chấp nhận được.
2.3. Yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu làm khuôn SKD61
Tài liệu nghiên cứu đề xuất sử dụng thép SKD61 của Nhật Bản để chế tạo khuôn. Đây là loại thép dụng cụ làm việc nóng, có khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt độ và áp lực cao. Tuy nhiên, việc gia công thép SKD61 đòi hỏi công nghệ cao. Sau khi nhiệt luyện để đạt độ cứng HRC 50-60, vật liệu trở nên rất cứng và chỉ có thể được gia công hiệu quả bằng các phương pháp tiên tiến như phay CNC tốc độ cao hoặc gia công tia lửa điện (EDM). Điều này đặt ra yêu cầu về độ chính xác của chương trình CAM được xuất ra từ phần mềm.
III. Quy trình thiết kế khuôn nắp bầu lọc xăng bằng CATIA V5
Quy trình thiết kế khuôn nắp bầu lọc xăng trên xe Uoát bằng phần mềm CATIA V5 là một chuỗi các bước được thực hiện một cách logic và có hệ thống, tận dụng tối đa sức mạnh của các module chuyên dụng. Bắt đầu từ việc xây dựng mô hình hóa 3D hoàn chỉnh của chi tiết, kỹ sư sẽ sử dụng module Part Design để dựng khối và module Generative Shape Design (GSD) để xử lý các bề mặt phức tạp. Sau khi có mô hình sản phẩm, bước tiếp theo là phân tích tính công nghệ, bao gồm kiểm tra góc thoát khuôn (Draft Analysis) và độ dày thành (Wall Thickness Analysis) để đảm bảo sản phẩm có thể được đúc dễ dàng và không bị khuyết tật. Trọng tâm của quy trình nằm ở module Core & Cavity Design, nơi diễn ra công đoạn quan trọng nhất: tách khuôn trong CATIA. Phần mềm hỗ trợ xác định mặt phân khuôn một cách tự động hoặc thủ công, sau đó tự động tạo ra hai nửa khuôn lõi và lòng khuôn (core & cavity). Các hệ thống phụ trợ, vốn là một phần không thể thiếu của một bộ khuôn ép phun hoàn chỉnh, cũng được thiết kế chi tiết. Điều này bao gồm hệ thống làm mát khuôn (cooling system) để kiểm soát nhiệt độ, hệ thống kênh dẫn nhựa (runner system) để đưa vật liệu vào lòng khuôn, và hệ thống đẩy (ejector system) để đẩy sản phẩm ra sau khi đông đặc. Toàn bộ các chi tiết của khuôn được lắp ráp lại trong môi trường Assembly Design để kiểm tra va chạm và mô phỏng hoạt động, đảm bảo bộ khuôn vận hành trơn tru trước khi đưa vào chế tạo.
3.1. Các bước mô hình hóa 3D chi tiết nắp bầu lọc xăng
Quá trình mô hình hóa 3D bắt đầu bằng việc tạo các biên dạng 2D trong môi trường Sketcher. Các biên dạng này sau đó được dựng thành khối 3D bằng các lệnh cơ bản như Pad (đùn khối), Pocket (cắt khối), Shaft (xoay tròn). Đối với các bề mặt cong phức tạp của đầu nối đường xăng vào/ra, module GSD được sử dụng để tạo ra các bề mặt chất lượng cao. Việc tuân thủ đúng kích thước và dung sai theo bản vẽ kỹ thuật là yêu cầu bắt buộc trong giai đoạn này.
3.2. Phương pháp tách khuôn lõi và lòng khuôn Core Cavity
Sau khi mô hình 3D hoàn thiện, kỹ sư chuyển sang module Core & Cavity Design. Bước đầu tiên là xác định hướng rút khuôn (Pulling Direction). Dựa trên hướng này, CATIA sẽ tự động phân loại các bề mặt thuộc về khuôn lõi và lòng khuôn (core & cavity). Kỹ sư tiến hành tạo mặt phân khuôn (Parting Surface) tại đường biên giới giữa hai vùng này. Cuối cùng, sử dụng các bề mặt đã tạo để cắt một khối phôi ban đầu, hình thành nên hai nửa khuôn trên và khuôn dưới một cách chính xác.
3.3. Thiết kế hệ thống phụ trợ làm mát đẩy và kênh dẫn
Một bộ khuôn hoàn chỉnh không chỉ có lõi và lòng khuôn. Hệ thống làm mát khuôn (cooling system), bao gồm các đường nước chạy bên trong thân khuôn, được thiết kế để duy trì nhiệt độ ổn định, rút ngắn chu kỳ ép. Hệ thống kênh dẫn nhựa (runner system) được tính toán để đảm bảo nhựa điền đầy lòng khuôn một cách đồng đều. Hệ thống đẩy (ejector system) với các chốt đẩy được bố trí hợp lý để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn mà không gây biến dạng. Tất cả các hệ thống này đều được thiết kế và lắp ráp trong môi trường CATIA.
IV. Hướng dẫn lập trình gia công CNC cho khuôn trên CATIA
Sau khi hoàn tất giai đoạn thiết kế khuôn mẫu, bước tiếp theo là chuyển đổi các mô hình 3D thành chương trình điều khiển cho máy phay CNC. CATIA cung cấp một bộ module Machining mạnh mẽ để thực hiện nhiệm vụ này. Quá trình bắt đầu trong module Surface Machining, nơi người dùng định nghĩa các yếu tố cơ bản của một chương trình gia công (Part Operation), bao gồm: chi tiết gia công (Design Part), phôi (Stock), và máy CNC sẽ sử dụng (ví dụ: máy phay 3 trục). Gốc tọa độ gia công được thiết lập sao cho trùng khớp với gốc tọa độ trên máy thực tế. Quy trình gia công được chia thành nhiều nguyên công nhỏ, điển hình là phay thô (Roughing) và phay tinh (Sweeping). Đối với phay thô, mục tiêu là loại bỏ phần lớn vật liệu dư một cách nhanh chóng, do đó các thông số như chiều sâu cắt lớn và lượng chạy dao nhanh được ưu tiên. Ngược lại, phay tinh tập trung vào việc tạo ra bề mặt hoàn thiện với độ chính xác và độ bóng cao, yêu cầu bước dịch dao nhỏ và tốc độ cắt tối ưu. CATIA cho phép người dùng mô phỏng toàn bộ đường chạy dao, kiểm tra va chạm giữa dao cụ, chi tiết và đồ gá. Sau khi mọi thứ đã được xác thực, chương trình sẽ được xuất ra dưới dạng mã G-code thông qua bộ hậu xử lý (Post Processor) phù hợp với hệ điều khiển của máy CNC (ví dụ: Fanuc). Quá trình này đảm bảo tính chính xác và an toàn tuyệt đối trước khi tiến hành gia công CNC cho khuôn trên máy thực.
4.1. Thiết lập môi trường gia công trong module Surface Machining
Trong module Surface Machining, người lập trình cần thực hiện các thiết lập ban đầu. Đầu tiên là tạo một Part Operation, trong đó chỉ định mô hình khuôn cần gia công, tạo một khối phôi bao quanh chi tiết (thường là hình hộp chữ nhật), và chọn loại máy CNC (3-Axis Machine). Gốc tọa độ gia công (Machining Axis System) được đặt tại một vị trí thuận lợi trên phôi, ví dụ như ở góc hoặc tâm của phôi, để dễ dàng thiết lập trên máy CNC thực tế.
4.2. Tối ưu hóa đường chạy dao cho nguyên công phay thô và tinh
Việc lựa chọn chiến lược chạy dao phù hợp là yếu tố quyết định đến hiệu quả gia công. Với nguyên công phay thô, các kiểu chạy dao như Spiral hoặc Helical thường được sử dụng để bóc vật liệu hiệu quả. Đối với nguyên công phay tinh các bề mặt phức tạp, chiến lược Sweeping cho phép dao di chuyển theo biên dạng của bề mặt, tạo ra chất lượng bề mặt tốt. Các thông số như chiều sâu mỗi lớp cắt (Maximum cut depth) và khoảng dịch dao ngang (Stepover) được tính toán cẩn thận để cân bằng giữa thời gian gia công và chất lượng bề mặt.
4.3. Xuất mã G code và mô phỏng quá trình gia công CNC
Trước khi xuất mã G-code, CATIA cho phép mô phỏng lại toàn bộ quá trình gia công. Công cụ này hiển thị trực quan chuyển động của dao, quá trình vật liệu bị loại bỏ, và cảnh báo các va chạm tiềm ẩn. Sau khi quá trình mô phỏng được xác nhận là an toàn và chính xác, người dùng sẽ sử dụng bộ hậu xử lý (Post Processor) để chuyển đổi các đường chạy dao (Toolpath) thành file NC Code (G-code) mà máy CNC có thể đọc và thực thi. Đây là bước cuối cùng trong môi trường phần mềm trước khi chuyển sang giai đoạn sản xuất vật lý.
V. Kết quả thực nghiệm gia công khuôn nắp bầu lọc xăng
Giai đoạn ứng dụng thực tiễn là minh chứng rõ ràng nhất cho hiệu quả của việc ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế khuôn. Dựa trên tài liệu nghiên cứu, quá trình gia công thực nghiệm hai nửa khuôn đã được tiến hành trên máy phay CNC Sherline tại phòng thực hành CAD/CAM/CNC. Chương trình NC Code được xuất ra từ CATIA đã được nạp vào máy để điều khiển quá trình cắt gọt. Quy trình gá đặt phôi được thực hiện cẩn thận, sử dụng đầu dò để xác định chính xác gốc tọa độ, đảm bảo sự đồng nhất giữa mô hình ảo và sản phẩm thật. Các nguyên công phay thô, phay tinh và khoan đã được thực hiện tuần tự theo đúng chương trình đã lập trình. Kết quả thu được là hai nửa khuôn lõi và lòng khuôn (core & cavity) có biên dạng hình học trùng khớp với thiết kế 3D. Mặc dù tài liệu cũng ghi nhận một số hạn chế do điều kiện thực nghiệm (sử dụng phôi gỗ thay vì thép SKD61 và hạn chế về dao cụ), sản phẩm cuối cùng đã "chứng minh chương trình NC Code được lập trình có thể ứng dụng trong thực tế sản xuất". Thành công của quá trình thực nghiệm này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của toàn bộ quy trình thiết kế khuôn và lập trình gia công bằng CATIA, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các phụ tùng xe UAZ và các linh kiện ô tô khác, thay thế cho các phương pháp truyền thống kém hiệu quả.
5.1. Quy trình gia công thực tế trên máy phay CNC Sherline
Quy trình thực tế bao gồm các bước: gá phôi lên bàn máy, sử dụng đầu dò để lấy gốc tọa độ G54, lắp dao cụ phù hợp với từng nguyên công, và nạp file NC Code vào hệ điều khiển của máy. Người vận hành theo dõi quá trình máy tự động chạy theo chương trình, đảm bảo an toàn và xử lý các tình huống phát sinh. Việc gia công được thực hiện lần lượt cho nửa khuôn trên và nửa khuôn dưới, tuân thủ nghiêm ngặt các thông số cắt gọt đã được tính toán trong giai đoạn lập trình CAM.
5.2. Đánh giá chất lượng sản phẩm khuôn sau khi gia công
Sản phẩm khuôn sau gia công được đánh giá dựa trên sự tương quan với mô hình thiết kế 3D. Các kích thước hình học, biên dạng bề mặt và vị trí tương đối giữa các thành phần được kiểm tra. Kết quả cho thấy sản phẩm đạt được độ chính xác cao, các bề mặt cong được tái tạo một cách mượt mà. Điều này chứng tỏ sự hiệu quả của việc tích hợp từ thiết kế CAD đến lập trình CAM, giảm thiểu sai số trong quá trình chuyển đổi dữ liệu và đảm bảo chất lượng cuối cùng của bộ khuôn mẫu.
5.3. So sánh hiệu quả giữa phương pháp mới và truyền thống
So với phương pháp đúc khuôn cát truyền thống, quy trình ứng dụng CATIA và CNC mang lại hiệu quả vượt trội. Thời gian từ thiết kế đến chế tạo khuôn được rút ngắn đáng kể. Độ chính xác của khuôn kim loại cao hơn rất nhiều, giúp sản phẩm đúc ra có chất lượng đồng đều và ít phải gia công lại. Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho phần mềm và máy móc cao hơn, nhưng về lâu dài, năng suất cao và giá thành trên mỗi sản phẩm giảm sẽ mang lại lợi ích kinh tế lớn hơn, đặc biệt với sản xuất hàng loạt.
VI. Kết luận về ứng dụng CATIA và định hướng phát triển
Khóa luận "Ứng dụng phần mềm CATIA trong thiết kế và lập trình gia công khuôn nắp bầu lọc xăng trên xe Uoát" đã chứng minh một cách toàn diện và thuyết phục về vai trò và hiệu quả của hệ thống CAD/CAM/CNC trong sản xuất cơ khí hiện đại. Nghiên cứu đã thành công trong việc khai thác các module chuyên sâu của CATIA, từ Part Design, Generative Shape Design (GSD), Core & Cavity Design cho đến Surface Machining, để xây dựng một quy trình khép kín từ bản vẽ ý tưởng đến sản phẩm khuôn vật lý. Kết quả không chỉ dừng lại ở việc thiết kế khuôn ép phun thành công mà còn lập trình và gia công CNC cho khuôn một cách chính xác, được xác thực qua thực nghiệm. Các kết quả này khẳng định rằng, việc áp dụng công nghệ tiên tiến là hướng đi tất yếu để nâng cao năng lực cạnh tranh, cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa chi phí sản xuất. Hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc khai thác sâu hơn các tính năng nâng cao của CATIA 3DEXPERIENCE, tích hợp các công cụ mô phỏng dòng chảy nhựa (như Moldflow) để phân tích và tối ưu hóa quá trình ép phun một cách toàn diện hơn. Đồng thời, việc phổ biến và đào tạo các phần mềm CAD/CAM/CAE như CATIA trong các cơ sở giáo dục kỹ thuật là một kiến nghị quan trọng, giúp trang bị cho thế hệ kỹ sư tương lai những công cụ mạnh mẽ để đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe của ngành công nghiệp.
6.1. Tổng kết các kết quả nghiên cứu đã đạt được
Nghiên cứu đã đạt được các mục tiêu chính: thiết kế thành công mô hình 3D của chi tiết nắp bầu lọc xăng; ứng dụng module chuyên dụng để tách khuôn trong CATIA và thiết kế bộ khuôn hoàn chỉnh; tính toán chế độ cắt và lập trình gia công NC cho hai nửa khuôn; và cuối cùng là mô phỏng và gia công thực nghiệm thành công sản phẩm. Đây là một bộ tài liệu tham khảo giá trị, minh họa một đồ án thiết kế khuôn hoàn chỉnh từ lý thuyết đến thực hành.
6.2. Kiến nghị về phổ biến phần mềm CAD CAM trong đào tạo
Như trong phần kiến nghị của tài liệu gốc, việc ứng dụng các phần mềm hiện đại ở Việt Nam vẫn còn hạn chế. Do đó, cần có sự đầu tư mạnh mẽ hơn nữa vào việc giảng dạy và thực hành các phần mềm như CATIA trong các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật. Việc cho sinh viên tiếp xúc sớm và thực hành thường xuyên sẽ giúp tạo ra nguồn nhân lực chất lượng cao, có khả năng khai thác triệt để những lợi ích mà công nghệ phần mềm CAD/CAM/CAE mang lại cho nền sản xuất trong nước.
09/07/2025
TÀI LIỆU LIÊN QUAN
Bạn đang xem trước tài liệu:
Ứng dụng phần mềm catia trong thiết kế và lập trình gia công khuôn nắp bầu lọc xăng trên xe u oát
THÔNG TIN CHI TIẾT
Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
Chuyên ngành: Công Nghệ Cơ Khí
Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm CATIA Trong Thiết Kế Khuôn Nắp Bầu Lọc Xăng Trên Xe Uoát
Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản: 2023
Địa điểm: Hà Nội
Trích đoạn nội dung tài liệu
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ