CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu phần mềm Catia trong thiết kế và gia công khuôn đúc phun 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Phương pháp ép phun đã bắt đầu được hình thành vào cuối những năm 1800. Kỹ thuật đã phát triển từ sản xuất những chi tiết đơn giản cho người tiêu dùng và trong các lĩnh vực công nghiệp , y tế , và các sản phẩm hàng không vũ trụ.
Năm 1868, do yêu cầu sản xuất bóng bi-a , John Wesley Hyatt cùng em trai của mình đã phát minh ra chiếc máy đúc phun đầu tiên. Đây là cơ sở để đưa lĩnh vực này phát triển. Trước đây , việc thiết kế chế tạo lòng khuôn và lõi khuôn đúc phun có bề mặt phức tạp gặp rất nhiều khó khăn do dùng các phương pháp truyền thống. Chúng phụ thuộc nhiều vào trình độ người thiết kế , người thợ , thời gian sản xuất lòng khuôn dài và kém chính xác.
Tuy nhiên , nhờ sự phát triển của các kỹ thuật thiết kế có sự trợ giúp của máy tính(CAD) , chế tạo có sự trợ giúp của máy tính (CAM) và các máy gia công CNC, tia lửa điện EDM… Việc thiết kế và chế tạo lòng khuôn đã đơn giản hơn nhiều , rút ngắn được thời gian sản xuất , đảm bảo độ chính xác gia công về hình dáng , kích thước , độ tương quan. Bên cạnh đó, nhiều phần mềm chuyên dụng dùng để tính toáng mô phỏng các thông số đúc phun đã ra đời nhằm hỗ trợ cơ sở dữ liệu giúp người dùng kiểm tra trước tính hợp lệ của sản phẩm và khuôn , đưa ra chiến lược thiết kế phù hợp dùng để dự đoán và giải các bài toán sản xuất trước khi chúng được đưa vào thực tế. Hiện nay , với sự hỗ trợ công nghệ thông tin , hệ thống CAD/CAM tích hợp được phát triển rất nhanh chóng. Nó đã tạo ra sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí.
Xu thế hiện nay của các nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp. Những phần mềm 2 CAD/CAM tích hợp được sử dụng phổ biến hiện nay như : Mastercam, Edgecam, Solidcam, Delcam,Surfcam, Vercut, Topmold…. Catia là một phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng dãi ở Châu Âu và trên thế giới , đồng thời nó cũng được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam. Catia có khả năng thiết kế công nghệ để điều khiển cho máy phay CNC năm chục , máy tiện CNC bốn trục, máy cắt dây CNC bốn trục , ….
Trên thế giới , đã có rất nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia trong thiết kế và gia công khuôn đúc phun. Tập thể tác giả S.Jha với công trình “ Application of computer simulation for finding optimum gate location in plastic injection moulding process “ (18) đã đưa ra những phương pháp tối ưu khi sử dụng các phần mềm mô phỏng trong đó có sử dụng Catia. Công trình nghiên cứa của Alias Mohd Saman đã phân tích , tính toán và sử dụng Catia trong thiết kế và tính toán dòng chảy của vật liệu trong quá trình đúc phun (17). Ngoài ra rất nhiều công ty , nhà máy cũng sử dụng phần mềm này để thiết kế và sản xuất khuôn đúc như công ty Matsumoto, công ty Denwa…v…v… 1.
Tình hình nghiên cứu trong nước Lĩnh vực thiết kế khuôn mẫu cho sản phẩm nhựa là một lĩnh vực kỹ thuật rất mới mẻ đối với nước ta. Trong những năm 1991-1994 Viện máy và dụng cụ công nghiệp (IMD) được tiếp nhận dự án UNDP/UNIDO – VIE/87/021 về “ Chuyển giao công nghệ thiết kế , phát triển và chế tạo khuôn mẫu “. Cho đến nay lĩnh vực khuôn mẫu ở nước ta đã phát triển rất mạnh , cũng đã tạo ra nhiều sản phẩm có chất lượng cao sử dụng trong các ngành công nghiệp và hàng dân dụng. Trong những năm gần đây , các loại khuôn đúc phun được sử dụng ngày càng nhiều trong công nghiêp và dược xem như là một phương pháp gia công hiệu quả trong lĩnh vực chất dẻo.
Nhiều công trình nghiên cứu nhiều tài liệu 3 giáo trình giới thiệu về khuôn đúc nhựa được đăng tải và giảng dạy trong các trường đại học , cao đảng khối kỹ thuật tại Việt Nam. Thực tế cho tới nay , vấn đề này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ do tính phức tạp của yêu cầu sản xuất của nguyên liệu gia công ( các loại nhựa rất nhiều chủng loại ), sự đa dạng , phong phú của chi tiết , sản phẩm và kiểu loại thiết bị công nghệ. Đã có một số công trình nghiên cứu như : - Nguyễn Ngọc Chương , Trần Diễm (2009) , Thiết kế sản phầm nhựa và khuôn nhựa bằng phần mềm Solidworks , Luận văn , Đại học Công Nghiệp TP. - Lưu Văn Toán (2011) , Nghiên cứu thiết kế khuôn ép phun chất dẻo nhờ sự trợ giúp của các phần mềm CAD/CAM…(13) Về phần Catia , việc ứng dụng trong khuôn nhựa cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều trường đại học , cao đẳng trong cả nước và các doanh nghiệp.
Ví dụ như “ tác giả Vũ Huy Cần (2011) , Nghiên cứu phương pháp thiết kế khuôn ép phun nhựa , thiết kế khuôn ép phun ống nhựa PET có ren ngoài , ứng dụng phần mềm CAD/CAM tích hợp Catia trong thiết kế khuôn , Đại học quốc gia HN” (3) ; Trần Quang Tuấn (2009) ,Ứng dụng phần mềm Catia thiết kế khuôn vỏ điều khiển tivi , Đại học Bách Khoa HN (14).Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Phần mềm Catia là một trong những hệ thống CAD/CAM mạnh mẽ nhất hiện nay được sử dụng rộng rãi trên thị trường quốc tế và đang dần dần phát triển rộng ở Việt Nam. Phần mềm có giao diện sử dụng thân thiện , trực quan với người dùng và đáp ứng rất nhiều yêu cầu khi giải quyết các bài toán kỹ thuật. Tuy nhiên qua khảo sát chung và thực tế sử dụng trong lĩnh vực khuôn đúc phun , tôi thấy trong điều kiện sản xuất cụ thể đề cấp thiết đặt ra là phải nghiên cứu để có sử dụng hiệu quả phần mềm này. Vì vậy, cần phải có những công trình nghiên cứu cụ thể về khả năng và vận dụng nó vào sản xuất góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế thích ứng với các điều kiện sản xuất cụ thể.
4 Từ những phân tích trên một lần nữa cho thấy đề tài “ Nghiên cứu phần mềm Catia ứng dụng trong thiết kế và gia công khuôn nhựa trên máy CNC” là một nội dung thực sự cần thiết và có ý nghĩa .Mục tiêu , phạm vi , nội dung , phương pháp nghiên cứu 1.Mục tiêu nghiên cứu a. Mục tiêu chung Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu phần mềm Catia ứng dụng trong lĩnh vực thiết kế và gia công khuôn đúc nhựa ( đúc phun ) trên máy CNC , góp phần nâng cao hiệu quả khi sử dụng các phần mềm CAD/CAM và các thiết bị trong lĩnh vực gia công cơ khí tại Việt Nam. Mục tiêu cụ thể - Nắm được các kiến thức cơ bản về đặc điểm cấu tạo chung khuôn đúc nhựa và thiết bị đúc phun; - Tìm hiểu và vận dụng được một số module của phần mềm Catia để thiết kế và gia công khuôn; - Lập trình gia công , mô phỏng và xuất ra chương trình gia công dưới mã G. Đối tượng , phạm vi nghiên cứu a.
Đối tượng nghiên cứu - Chi tiết gia công : đề tài ứng dụng phần mềm để thiết kế , lập trình gia công và mô phỏng quá trình gia công khuôn đúc nhựa sản phẩm khay đựng đá - Phần mềm Catia : phần mềm Catia được sử dụng trong đề tài là phiên bản V5R20 được phổ biến rộng rãi trên thị trường hiện nay. Phạm vi nghiên cứu Phần mềm Catia và thiết kế khuôn đúc là vấn đề rộng cần thời gian dài , vì vậy trong đề tài này chỉ giới hạn một số nội dung như sau : - Chỉ đưa ra sơ dồ các bước thiết kế bằng phần mềm mà không đi sâu vào thiết kế quy trình công nghệ chi tiết gia công khuôn. - Chỉ thiết kế , lập trình gia công và mô phỏng một dạng sản phẩm khay đựng đá bằng phần mềm Catia trên máy CNC.Nội dung nghiên cứu - Tổng quan chung về công nghệ gia công chất dẻo bằng phương pháp đúc phun. - Giới thiệu một số module phần mềm Catia ứng dụng trong thiết kế và gia công khuôn.
- Ứng dụng để thiết kế khuôn cho sản phẩm khay đựng đá và lập mô phỏng gia công trên máy CNC.Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết , phương pháp kế thừa và phương pháp chuyên gia. - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : được sử dụng trong việc nghiên cứu các công trình khoa học , tổng hợp cá kiến thức thực tiễn trong linh vực gia công thiết kế khuôn đú phun khi sử dụng phần mềm Catia. - Phương pháp kế thừa : được sử dụng trong việc tìm hiểu các đặc điểm cấu tạo về khuôn nhựa và khi nghiên cứu phần mềm Catia. Phương pháp chuyên gia : được sử dụng để giải quyết các vấn đề về công nghệ khi gia thiết kế và lập trình gia công khuôn.
6 Chương II TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC PHUN CHẤT DẺO 2. Tổng quan về chất dẻo 2. Định nghĩa về chất dẻo Nhựa chất dẻo (Plastics) là loại vật liệu tạo thành bởi nhiều phân tử ( các cao phân tử Polyme) .Nó có thể tổng hợp hoặc thay đổi từ thành phần nhỏ (gọi là monome). Chất dẻo là loại vật rắn ( có thể là ở trạng thái lỏng trong quá trình gia công).
Định nghĩa chất dẻo có thể phân loại bằng sự phân loại theo biểu đồ sau: Hình 2. Phân loại chất dẻo Các cao phân tử polyme thường cấu tạo từ những thành phần có cấu trúc giống nhau gọi là đoạn mạch thành phần (monome).