Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp thiết kế, chế tạo khuôn ép cánh máy bay mô hình sử dụng công nghệ tái tạo và CAD CAM CNC

1
MỤC LỤC
BẢN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
- CAD: Computer Aided Design (Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính)
- CAE: Computer Aided Engineering (Phân tích kỹ thuật có sự trợ giúp của
máy tính)
- CAM: Computer Aided Manufacturing (Sản xuất có sự trợ giúp của máy
tính)
- CAPP: Computer Aided Process Planning (Chuẩn bị công nghệ có sự trợ
giúp của máy tính)
- CNC: Computer Numerical Control (Điều khiển số bằng máy tính)
- EPS: Expanded Polystyrene
- RE: Reverse Engineering (Thiết kế ngược)
- RP: Rapid Prototyping (Tạo mẫu nhanh)
2
LỜI NÓI ĐẦU
Cơ – Điện tử là một kỹ thuật liên ngành sinh ra do sự tích hợp hữu cơ
giữa kỹ thuật cơ khí, điện tử, khoa học máy tính và công nghệ thông tin, dùng để
chế tạo những sản phẩm thông minh. Do vậy Cơ – Điện tử là ngành có vị trí
quan trọng trong nền kinh tế, là cơ sở của quá trình công nghiệp hóa hiện đại
hóa đất nước.

Trong một khóa đào tạo kỹ sư Cơ – Điện tử, quá trình làm đề tài đồ án tốt
nghiệp có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với một sinh viên chuyên ngành Cơ –
Điện tử. Đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên có thể tổng hợp được các kiến thức
chung về cơ khí, về điện tử… đã tích lũy được từ các năm học trước. Đồng thời
hiểu sâu sắc hơn về sự tích hợp của hệ cơ điện tử. Vận dụng những kiến thức đã
được học đi vào thực tế, vận dụng vào thực tiễn để tạo ra các sản phẩm thực.
Không những thế trong quá trình làm đề tài đồ án tốt nghiệp còn giúp cho sinh
viên rút ra được những kinh nghiệm, kỹ năng làm việc có kế hoạch… Đó là
hành trang thiết thực cho mỗi sinh viên chuẩn bị rời ghế nhà trường.
Hiện nay, nhu cầu về khuôn mẫu là vô cùng lớn không chỉ ở trong nước
mà trên toàn thế giới. Do đó ngành khuôn mẫu trong nước phải không ngừng đổi
mới, cải tiến công nghệ, từng bước công nghiệp hóa hiện đại hóa đáp ứng nhu
cầu trong nước và xuất khẩu ra nước ngoài. Trước xu thế hội nhập toàn cầu, nhu
cầu sử dụng về sản phẩm là rất lớn, đòi hỏi ngành khuôn mẫu phải không ngừng
phát triển, luôn luôn tạo ra những sản phẩm mới với sự đa dạng về mẫu mã,
chủng loại để đáp ứng mọi nhu cầu của người tiêu dùng trên khắp các vùng
miền.
Với những mục tiêu đó em đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo khuôn ép
cánh máy bay mô hình sử dụng công nghệ tái tạo và CAD/CAM/CNC” với đối
tượng thiết kế, chế tạo là “khuôn ép xốp” làm đồ án tốt nghiệp.
Trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp, mặc dù hết sức cố gắng nhưng
do hạn chế về kiến thức và thiết bị nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Em rất
3
mong nhận được sự góp ý, bổ sung, đóng góp ý kiến của thầy giáo và bạn đọc để
đồ án hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong khoa Hàng
không vũ trụ cùng thầy giáo TS.Tăng Quốc Nam và thầy giáo KS.Phùng Văn
Bình đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 17 tháng 9 năm 2012
Học viên thực hiện
Hỏa Thiên Thanh
4
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
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 cơ khí chế tạo 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 giai
đoạn thiết kế và chế tạo khuôn mẫu từng bước được tự động hóa.
Công nghệ tái tạo ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, khi người ta


cần chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà không có bản vẽ thiết kế tương
ứng hoặc là có nhưng bị mất hay không còn nguyên vẹn như: các chi tiết là đồ
cổ vật, những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu, những chi tiết không rõ xuất xứ,
những phù điêu, bộ phận cơ thể con người… Ngày nay người ta thường sử dụng
máy quét để số hoá chi tiết, sau đó sử dụng các phần mềm chuyên dụng để xử lý
dữ liệu số hoá, cuối cùng sẽ tạo ra được mô hình CAD 3D cho các chi tiết với độ
chính xác cao so với mẫu ban đầu.
CAD/CAM/CNC đang là chủ đề nghiên cứu, ứng dụng rộng khắp với
nhiều thế mạnh nổi bật trong ngành công nghiệp ô tô, công nghiệp hàng không
vũ trụ… Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, những yêu cầu cấp
bách về các loại khuôn để đáp ứng nhu cầu của thị trường về chủng loại, mẫu
mã sản phẩm ngày càng tăng. Đa số các sản phẩm khuôn có những yêu cầu cao
về mặt công nghệ và kỹ thuật để sản xuất các linh kiện và thiết bị như máy giặt,
tủ lạnh, xe máy, ô tô…
Với việc ứng dụng CAD/CAM đã cho phép rút ngắn quy trình thiết kế,
chế tạo khuôn, cho phép thay đổi mẫu mã, sản phẩm một cách nhanh chóng và
linh hoạt, có thể sản xuất được những loại khuôn có độ phức tạp cao với tính
năng tối ưu. Hiện nay, nhu cầu về khuôn là vô cùng lớn không chỉ ở trong nước
mà trên toàn thế giới. Do đó ngành khuôn trong nước phải không ngừng đổi
mới, cải tiến công nghệ, từng bước công nghiệp hóa hiện đại hóa đáp ứng nhu
5
cầu trong nước và xuất khẩu ra nước ngoài. Trước xu thế hội nhập toàn cầu, với
những yêu cầu ngày càng cao, đòi hỏi ngành khuôn mẫu phải không ngừng phát
triển để tạo ra những sản phẩm mới, với sự đa dạng về chủng loại và chất lượng
ngày càng cao đáp ứng mọi nhu cầu của người tiêu dùng trên khắp các vùng
miền với các nền văn hóa khác nhau.
Từ những yêu cầu thực tế em được giao thực hiện đồ án: “Thiết kế, chế
tạo khuôn ép cánh máy bay mô hình sử dụng công nghệ tái tạo và
CAD/CAM/CNC”
1.2 Mục đích của đồ án
Mục tiêu của đồ án bao gồm:
- Tìm hiểu tổng quan về công nghệ thiết kế ngược, CAD/CAM/CNC,
khuôn ép xốp và công nghệ ép xốp.
- Ứng dụng công nghệ quét 3D HandyScan và các phần mềm Geomagic,
Rapidform để xây dựng lại mô hình máy bay.
- Ứng dụng phần mềm Unigraphics để thiết kế và lập trình gia công khuôn
ép cánh máy bay mô hình.
1.3 Phạm vi của đồ án
Trong khuôn khổ đồ án, tập trung giải quyết một số nội dung sau:
- Giới thiệu tổng quan về công nghệ thiết kế ngược, CAD/CAM/CNC,
khuôn ép xốp và công nghệ ép xốp.
- Xây dựng lại mô hình máy bay bằng phần mềm Geomagic, Rapidform.
- Thiết kế và lập trình gia công khuôn ép cánh máy bay mô hình bằng phần
mềm Unigraphics.
- Chế tạo khuôn ép cánh máy bay mô hình trên máy CNC
1.4 Bố cục của đồ án
Bản thuyết minh đồ án được chia thành 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Tổng quan
Chương 3: Tái tạo máy bay mô hình sử dụng công nghệ quét 3D
HandyScan.
6
Chương 4: Thiết kế khuôn ép cánh máy bay mô hình.
Chương 5: Lập quy trình công nghệ, lập trình gia công khuôn ép cánh
máy bay mô hình.
Kết luận và kiến nghị
7
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN
2.1 Giới thiệu về công nghệ tái tạo
2.1.1 Khái niệm
Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo ra một sản phẩm, người
thiết kế đưa ra những ý tưởng về sản phẩm đó, phác thảo sản phẩm, tiếp theo là
quá trình tính toán thiết kế, chế thử, rồi kiểm nghiệm, hoàn thiện thiết kế để đưa
ra phương pháp tối ưu, cuối cùng mới là công đoạn sản xuất ra sản phẩm. Đây
chính là chu trình sản xuất truyền thống, là công nghệ thiết kế thuận. Trong vài
chục năm trở lại đây với sự phát triển vượt bậc về công nghệ, xuất hiện một dạng
sản xuất theo một chu trình mới, đi ngược với sản xuất truyền thống, đó là
phương pháp chế tạo ra sản phẩm theo hoặc dựa trên một sản phẩm có sẵn. Quy
trình này được gọi là công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering) hay công
nghệ tái tạo.
Công nghệ tái tạo ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, khi người ta
cần chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà không có thiết kế tương ứng
hoặc là có nhưng bị mất hay không còn nguyên vẹn như: các chi tiết là đồ cổ
vật, những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu, những chi tiết không rõ xuất xứ,
những phù điêu, bộ phận cơ thể con người… Để tạo được mẫu của những sản
phẩm này trước đây người ta cần phải đo đạc rồi vẽ phác lại hoặc là dựng sáp,
thạch cao để in mẫu rất phức tạp. Các phương pháp này thường cho độ chính
xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là với những chi tiết
phức tạp như là huy hiệu, logo, các khảo cổ vật. Để khắc phục vấn đề này, ngày
nay người ta sử dụng máy quét để số hoá hình dáng của chi tiết, sau đó sử dụng
các phần mềm chuyên dụng để xử lý dữ liệu số hoá, cuối cùng sẽ tạo ra được mô
hình CAD 3D cho các chi tiết với độ chính xác cao so với mẫu ban đầu.
Trên một phạm vi rộng hơn, công nghệ tái tạo được định nghĩa là hoạt
động bao gồm các bước phân tích để lấy các thông tin về một sản phẩm đã có
sẵn (bao gồm thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học,
8
vật liệu, tính công nghệ…) sau đó tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi
tiết hoặc phát triển thành sản phẩm mới, sử dụng các công cụ CAD/CAM/CAE
để tối ưu thiết kế, cuối cùng là áp dụng CAPP/RP/CNC để chế tạo sản phẩm.
Công nghệ tái tạo đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hóa học,
điện tử, xây dựng, cơ khí, y học, nghệ thuật…
Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, công nghệ tái tạo được định nghĩa là hoạt
động tạo ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết
kế hoặc có nhưng đã bị mất hay không rõ ràng. Sản phẩm mới được tạo ra trên
cơ sở khôi phục nguyên vẹn hoặc phát triển lên từ chi tiết ban đầu đó.
Hình 2.1 Hình ảnh quét mẫu chi tiết
Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ tái tạo đã
được nghiên cứu, áp dụng trong nhiều lĩnh vực để phát triển nhanh sản phẩm,
đặc biệt là thiết kế trong lĩnh vực mô hình hoá 3D từ mô hình đã có sẵn nhờ sự
trợ giúp của máy tính. Công nghệ tái tạo ngày càng phát triển theo sự phát triển
của công nghệ thông tin và các kỹ thuật chụp ảnh 3D. Nó luôn được quan tâm
và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực
sản xuất. Công nghệ tái tạo trở thành một bộ phận vô cùng quan trọng của sản
xuất hiện đại. Hiện nay, đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu
quả và rất thành công công nghệ này. Nhiều loại sản phẩm như xe máy, ôtô,
9
máy móc và hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi… đã được sao chép các mẫu có sẵn
trên thị trường của các hãng nổi tiếng một cách nhanh chóng và chính xác.
2.1.2 Quy trình công nghệ tái tạo
Với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ hiện đại, quá trình sản
xuất ngày càng được chuyên môn hóa cao, việc chế tạo ra một loại sản phẩm
được chia tách thành nhiều công đoạn riêng biệt nhưng có quan hệ mật thiết với
nhau theo một tiêu chuẩn chung, thống nhất hợp thành quy trình sản xuất. Tuy
có nhiều cải tiến mới song quy trình sản xuất hiện nay nhìn chung đều được biểu
hiện bằng 2 sơ đồ (hình 2.2)
Trong quy trình thiết kế thuận, xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của người
thiết kế hoặc của khách hàng mô tả sản phẩm), người thiết kế phác thảo sơ bộ
sản phẩm bản vẽ CAD. Bản vẽ phác thảo này sẽ được tính toán, phân tích, kiểm
tra các thông số kỹ thuật, tính công nghệ (dữ liệu được chuyển từ CAD sang
CAE). Sau đó mô hình sẽ được tối ưu hóa xuất ra bản vẽ thiết kế (bản vẽ CAD)
hoàn chỉnh. tiếp theo qua các bước chuẩn bị công nghệ, lập trình gia công
(CAM), mô phỏng và chế tạo thử sản phẩm bằng phương pháp tạo mẫu nhanh
(RP) hoặc trên các máy CNC. Một sản phẩm chế thử này sẽ được đem đi kiểm
tra thực tế xem có thỏa mãn các yêu cầu đặt ra hay không. Nếu không đạt thì sẽ
quay về chỉnh sửa lại từ bản vẽ phác thảo. Tiếp tục lặp lại quá trình trên tới khi
sản phẩm đạt yêu cầu thì mới đưa vài sản xuất đại trà.
Trong quy trình thiết kế ngược lại làm ngược lại. Xuất phát điểm từ một
mẫu sản phẩm thực tế. Sản phẩm này được số hóa và xử lý bằng các thiết bị và
phần mềm chuyên dụng để đưa ra mô hình CAD cụ thể. Sau khi có được mô
hình CAD cho sản phẩm rồi thì các công đoạn tiếp theo cũng giống như chu
trình sản xuất thuận qua các bước tính toán, phân tích, tối ưu hóa trên các phần
mềm CAE/CAM, chuẩn bị công nghệ (CAPP), gia công tạo mẫu nhanh hoặc lập
trình gia công trên các máy CNC hay các máy công cụ khác, kiểm tra thực tế
cuối cùng mới đưa vào sản xuất đại trà.
10
Hình 2.2 Quy trình thiết kế thuận và ngược
2.1.3 Đặc điểm công nghệ tái tạo
 Ưu điểm
- Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản
phẩm, từ đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ tạo ra sản
phẩm theo yêu cầu.
- Mô hình CAD được sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình
thiết kế bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp…rồi
quét hình để tạo mô hình CAD. Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh
sửa theo ý muốn.
- Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao.
- Chế tạo được theo nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế.
11
 Nhược điểm
- Cần có công nghệ hiện đại là các máy quét hình.
2.1.4 Ứng dụng của công nghệ tái tạo trong một số lĩnh vực
 Trong lĩnh vực nghệ thuật
Hình 2.3 Công nghệ tái tạo tạo mô hình CAD cho tác phẩm nghệ thuật
Trong lĩnh vực này công nghệ tái tạo được thể hiện ở việc sao chép hoặc
phân tích các đặc điểm trên hình ảnh của các nhà hội họa, điêu khắc. Thông
thường với các chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mô hình
hóa bởi các nhà kỹ thuật trên các chất liệu như đất sét, chất dẻo, gỗ… Tuy nhiên
các tác phẩm hay các kiệt tác nghệ thuật chỉ là kết quả của một vài nhà nghệ
thuật, nhà thiết kế nào đó, trong khi đó bất kể người yêu nghệ thuật nào cũng
đều muốn có nó, cũng đều muốn thưởng thức chúng. Nhu cầu thị trường đòi hỏi
một lượng lớn sản phẩm, đặc biệt là sản phẩm của một số nhà thiết kế mà tác
phẩm của họ được khẳng định trên thị trường. Để đáp ứng được yêu cầu đó cần
có được bản vẽ CAD của sản phẩm mong muốn. Điều này chỉ có thể thực hiện
được bằng công nghệ tái tạo. Với các thiết bị hiện đại và sự trợ giúp của máy
tính hoàn toàn có thể xây dựng được các dữ liệu CAD giống hệt mô hình thật do
các nhà mỹ thuật, nhà điêu khắc tạo ra với độ chính xác cho phép.
 Trong công nghiệp
12
Công nghệ tái tạo có vai trò rất lớn trong cải tiến mẫu mã sản phẩm. Đôi
khi yêu cầu về thời gian không cho phép chế tạo một mẫu mã mới từ khâu phác
thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thử kiểm tra kiểm nghiệm mới đưa vào sản
xuất vì quá trình trên tốn rất nhiều thời gian, công sức. Do vậy cần phải biết kế
thừa các mẫu sản phẩm đã được tối ưu, đạt các tiêu chuẩn đã được kiểm tra, trên
cơ sở đó thiết kế lại phù hợp với yêu cầu mới để có được một mẫu mã mới. Như
vậy sẽ giảm được thời gian thiết kế, rút ngắn thời gian đưa sản phẩm vào thị
trường tức là giảm thời gian của chu trình sản xuất. Với nhu cầu của thị trường
thay đổi liên tục như hiện nay thì nhà sản xuất nào sớm đưa ra được mẫu mã mới
sẽ chiếm được thị phần và giành được lợi nhuận cao nhất.
Công nghệ tái tạo còn được sử dụng khi cần thay thế một chi tiết, bộ phận
mà nhà sản xuất không còn cung cấp, do đó phải chế tạo lại chúng mà không hề
có bản vẽ thiết kế. Hay khi muốn sản xuất theo mẫu mã mới tối ưu trên thị trường
mà nhà thiết kế ra chúng làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp tài liệu
thiết kế.
Trong ngành công nghiệp ôtô, công nghệ tái tạo là chiều khóa dẫn đến sự
thành công của các hãng sản xuất xe hơi. Để đáp ứng được thị hiếu của khách
hàng các doanh nghiệp sản xuất ôtô sử dụng nhiều phương pháp để vừa bảo đảm
chất lượng vừa rút ngắn được thời gian sản xuất. Trong một chiếc ôtô sử dụng
rất nhiều những chi tiết có bề mặt phức tạp mà không thể đo, vẽ lại bằng các
dụng cụ thông thường. Công nghệ tái tạo khắc phục những khó khăn đó giúp
xây dựng lại mô hình CAD cho chi tiết đồng thời kiểm tra, đánh giá chất lượng
sản phẩm.
13
Hình 2.4 Ứng dụng RE trong ngành công nghiệp ô tô
Trong lĩnh vực thời trang, công nghệ tái tạo trợ giúp đắc lực cho các nhà
thiết kế tạo các mẫu trang phục theo hình dáng kích thước con người. Ví dụ tạo
ra được các mẫu giầy mới dựa trên những mẫu giầy đã có hoặc tạo ra những
mẫu giầy vừa khít với size (kích cỡ) của người dùng.
Hình 2.5 Ứng dụng trong thời trang
 Trong khảo cổ học
Công nghệ tái tạo cho phép khôi phục hình dạng của các sinh vật thời tiền
sử dựa trên các hóa thạch cổ thu được trong đất, đá hay trong băng mà không hề
làm tổn hại hay phá hoại mẫu hóa thạch đó. Công nghệ tái tạo còn cho phép
14
dựng lại các mẫu tượng cổ, khôi phục lại các công trình kiến trúc, nghệ thuật cổ
đã bị tàn phá trong lịch sử.
Hình 2.6 Ứng dụng RE trong khảo cổ học
 Trong y học
Công nghệ thiết kế ngược cho phép tạo ra các bộ phận cơ thể phù hợp cho
từng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay thế các khuyết tật, các bộ phận
hỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do bẩm sinh như xương, khớp,
răng hàm, mảnh sọ não…
Hình 2.7 Ghép mảnh xương đầu nhân tạo
2.2 Giới thiệu về CAD/CAM/CNC
2.2.1 Lịch sử phát triển của CAD/CAM/CAE
CAD (Computer-Aided Design) – Thiết kế kỹ thuật có sự trợ giúp của
máy tính. CAD còn được định nghĩa là Computer-Aided Drafting – Công cụ trợ
giúp vẽ trên máy tính. Khi mới ra đời, vào khoảng những năm 1960, CAD xuất
hiện với tư cách là công cụ vẽ (Drafting Tool) và được coi là cây bút chì điện tử.
15
Cho đến những năm 80 của thế kỷ trước, vẽ vẫn là chức năng cơ bản của các
phần mềm CAD. Các công cụ vẽ không ngừng cải tiến, được bổ sung thêm các
tiện ích, khiến cho công việc vẽ được tiến hành nhanh chóng hơn, chính xác hơn
và giúp cho việc quản lý, trao đổi tài liệu thiết kế được dễ dàng hơn. CAD đã trở
thành một trợ thủ không thể thiếu của các nhà thiết kế. Ngày nay CAD mang
nghĩa là “Computer-Aided Design” – thiết kế có sự trợ giúp của máy tính.
CAE (Computer-Aided Engineering) – Phân tích kỹ thuật có sự trợ giúp
của máy tính. Có thể nói CAE chính là bước phát triển tiếp theo của CAD. Theo
thời gian, CAD ngày càng được tích hợp thêm các chức năng mới. Với các tính
năng đồ họa đặc trưng của mình, CAD trở thành môi trường phát triển các công
cụ tính toán, phân tích, sản xuất (như các tính toán động học, động lực học cơ
cấu; tính toán khí động, nhiệt…). Nói cách khác, nhờ các chức năng này mà
CAE đã trở thành công cụ tuyệt vời không chỉ giành cho các nhà thiết kế mà cả
các nhà kinh doanh, quản lý, nghệ thuật, quân sự… Giới kỹ thuật ngày nay đã
quen với các thuật ngữ CAE (Computer-Aided Engineering).
CAM (Computer-Aided Manufacturing) – Sản xuất có sự trợ giúp của
máy tính. Để tận dụng môi trường đồ họa hấp dẫn của CAD, hiện nay phần lớn
các hệ CAD hiện đại đều có chức năng CAM và trở thành các hệ CAD/CAM.
Chức năng CAM được hình thành trong CAD theo hướng các nhà sản xuất sẽ bổ
sung thêm chức năng CAM vào sản phẩm CAD của mình để tạo ra các phần
mềm CAD/CAM thống nhất như Pro/Engineer, Unigraphics NX, Cimatron,
CATIA hoặc phát triển trên nền các phần mềm CAD của hãng khác để tạo ra các
tổ hợp CAD/CAM lại như EdgeCAM for Mechanical Desktop, EdgeCAM for
Inventor tốt hơn nhiều so với phần mềm EdgeCAM chính gốc của họ.
Dù bằng cách này hay cách khác thì các chức năng CAM và CAE cũng
được phát triển trên nền CAD. Nếu không phân biệt các chức năng CAD, CAM,
CAE do hãng phần mềm nào tạo ra (đối với người dùng thì điều đó không quan
trọng) thì có thể quan niệm rằng CAM và CAE là sự phát triển tiếp theo của
16
CAD. Với quan niệm đó thì có thể nói các phần mềm CAD hiện tại đã được tích
hợp thêm các chức năng CAM và CAE.
2.2.2 Vai trò, mối quan hệ CAD/CAM/CAE trong thiết kế và sản xuất
Hiện nay, sản xuất ngày càng được chuyên môn hóa, tức là chế tạo sản
phẩm được tách ra thành các công đoạn riêng biệt nhưng có quan hệ chặt chẽ
với nhau tạo thành một quy trình sản xuất.
Hình 2.8 Các bước của quá trình thiết kế và khả năng trợ giúp của máy tính
Trong quy trình thiết kế, từ nhu cầu của trị trường mà nhà thiết kế có các
ý tưởng (ý tưởng này cũng là của khách hàng đặt) mà người thiết kế sẽ thiết kế
sơ bộ, tức là phác thảo ra chi tiết trên bản vẽ nháp (bản vẽ CAD). Bản vẽ phác
thảo sẽ được tính toán, phân tích kiểm tra các thông số kỹ thuật (dữ liệu chuyển
từ phần mềm CAD sang CAE). Sau đó mô hình được tối ưu hóa, lập trình gia
công CAM đến công đoạn gia công thử. Giai đoạn này có thể thực hiện trên các
công cụ điều khiển số hoặc các máy tạo mẫu nhanh. Kết quả gia công thử nếu
17
sản phẩm đạt yêu cầu sẽ được đưa vào sản xuất với số lượng nhất định, còn nếu
không đạt yêu cầu thì sẽ quay về chỉnh sửa từ công đoạn bản vẽ phác thảo và
quy trình tiếp tục cho đến khi đạt yêu cầu.
2.2.3 CNC (Computer Numerical Control)
Chiếc máy NC đầu tiên được phát triển cuối thập niên 40 đầu thập niên 50
ở phòng thí nghiệm Servomechanism của MIT. Tuy nhiên phải khoảng giữa
thập kỷ 60, máy NC mới được sản xuất và sử dụng trong công nghiệp. Các bộ
điều khiển số đầu tiên dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh và
tiêu tốn nhiều năng lượng. Việc sử dụng chúng cũng khó khăn vì chương trình
được chứa trong băng và bìa đục lỗ, khó hiểu và không sửa chữa được. Giao tiếp
giữa người và máy rất khó khăn vì không có màn hình, bàn phím. Sau khi các
linh kiện bán dẫn được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thì máy NC gọn
hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn ít năng lượng hơn… Các băng đục lỗ sau này
được thay bằng băng hoặc đĩa từ nhưng nói chung tính năng sử dụng của các
máy NC vẫn chưa được cải thiện là bao cho đến khi máy tính được ứng dụng
vào. Với sự xuất hiện của máy tính đã làm nên cuộc cách mạng trong kỹ thuật
điều khiển số máy công cụ. Công nghệ máy tính đã cho phép tạo ra các bộ điều
khiển khả trình, có thể thực hiện nhiều chức năng điều khiển sản xuất khác nhau
trong các hệ thống. Các bộ điều khiển số trên máy công cụ được tích hợp máy
tính tạo nên thuật ngữ CNC và được sử dụng từ đầu thập kỷ 70. Ngày nay tất cả
các bộ điều khiển NC đều sử dụng máy tính nên thuật ngữ CNC đã thay thế
thuật ngữ NC thông thường.
Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên
sự phát triển đáng kể về độ chính xác và chất lượng. Kỹ thuật tự động hóa của
CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao tác có thời gian cho các công
việc khác. Ngoài ra, nó còn cho phép linh hoạt trong các thao tác sản phẩm và
thời gian cần thiết cho thay đổi máy móc để sản xuất các linh kiện khác. CNC
thực sự đã tạo ra cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp cơ khí chế tạo, các
sản phẩm được chế tạo ra ngày càng chính xác hơn. Với sự phát triển không
18
ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế tạo máy công cụ đã cho ra
đời ngày càng nhiều loại máy CNC từ máy phay, máy tiện cho đến máy xung,
máy cắt dây… Với mỗi loại máy lại phân ra nhiều chủng loại máy khác nhau
như máy phay CNC 3 trục, 5 trục, 6 trục, máy tiện CNC từ 2 trục đến 4 trục,
máy cắt dây CNC 2 trục đến 4 trục.
Hiện nay, CAD/CAM là một phương pháp tạo ra chương trình điều khiển
cho máy CNC hiệu quả nhất, đặc biệt khi gia công các sản phẩm phức tạp về
hình dáng hình học và phức tạp về công nghệ.
Thông thường đi kèm với các máy CNC (thậm chí cả hệ thống sản xuất tự
động) là một hệ thống CAD/CAM đi kèm.
Sản phẩm được thiết kế và tính toán phân tích trên module CAD, sau đó
CAM lựa chọn dao cụ (Tooling), tính toán đường chạy dao (Toolpath) và thông
số công nghệ (Feedrate)… sinh ra chương trình NC hoàn chỉnh và kết nối với
CNC.
 Lợi ích của CNC trong chế tạo khuôn mẫu
Máy công cụ CNC là bước phát triển lớn trong lĩnh vực tự động hóa
ngành chế tạo máy, nó tạo ra những khả năng đặc biệt và có những ưu điểm
vượt trội so với máy công cụ vạn năng thông thường. Máy cho phép cắt với tốc
độ cao, chính xác, linh hoạt, giảm thời gian phụ tới mức tối đa do tính năng tự
động, vì vậy máy CNC đạt năng xuất rất cao. Chính vì vậy nó giữ một vai trò vô
cùng quan trọng trong sản xuất công nghiệp.
Trước đây, khuôn mẫu phức tạp thường được chia thành những phần nhỏ,
đơn giản rồi được ghép nối lại với nhau thành chi tiết hoàn chỉnh bằng phương
pháp hàn, tán. Việc gia công này không đảm bảo độ chính xác cao, chi phí tốn
kém. Sau này nhờ công nghệ chép hình có thể gia công được những chi tiết phức
tạp hơn. Tuy vậy, việc gia công này vẫn còn nhiều nhược điểm như năng xuất
thấp và khó đảm bảo độ chính xác cao. Vì vậy, việc áp dụng điều khiển số vào
máy công cụ là một bước tiến nhảy vọt về công nghệ gia công. Nó đảm bảo độ
chính xác cao, có thể gia công được các chi tiết phức tạp.
19
2.3 Giới thiệu về khuôn và công nghệ ép xốp
2.3.1 Giới thiệu về khuôn
a. Khái niệm
Khuôn mẫu là một dụng cụ để định hình một sản phẩm dựa trên các
phương pháp gia công cụ thể như: rèn, dập, đúc, cán… được thiết kế sao cho có
thể sử dụng với một số lượng chu trình yêu cầu.
Kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào kích thước và hình dáng
của sản phẩm. Số lượng sản phẩm yêu cầu cũng là một yếu tố rất quan trọng.
Những yêu cầu bổ sung này có ảnh hưởng rất lớn đến khuôn và giá thành của
sản phẩm.
 Khuôn cho sản phẩm nhựa
• Khái niệm
Khuôn cho sản phẩm nhựa là khuôn tạo hình được dùng trong các phương
pháp gia công sản phẩm nhựa.
• Phân loại
- Phân loại theo phương pháp gia công nhựa: nhựa đùn liên tục, khuôn đúc
phun, khuôn tạo hình nhiệt ép, khuôn thổi định hình…
- Phân loại theo cấu tạo khuôn: khuôn 2 tấm, khuôn 3 tấm, khuôn nhiều
tầng, khuôn không có kênh nhựa, khuôn 2 tấm có nhiều lòng khuôn…
 Khuôn cho sản phẩm kim loại
• Khái niệm
Khuôn cho sản phẩm kim loại là khuôn tạo hình được dùng trong các
phương pháp gia công sản phẩm kim loại.
• Phân loại
Dựa trên phương pháp gia công, người ta có thể phân thành các loại
khuôn: khuôn dập, khuôn đúc, khuôn rèn, khuôn cán…
- Khuôn đúc: gồm các loại khuôn đúc tĩnh, khuôn đúc ly tâm, khuôn đúc áp
lực. Các loại khuôn đúc bằng kim loại thường được dùng để đúc phôi cho
các chi tiết bằng gang, thép, hợp kim nâu, các sản phẩm chất dẻo. Nói
chung sản phẩm đúc bằng khuôn kim loại có độ chính xác cao hơn khi
đúc bằng khuôn cát.
20
- Khuôn rèn: là khuôn dùng trong phương pháp tạo hình nóng, trong đó vật
liệu được nung tới nhiệt độ nóng dẻo và tạo hình trong khuôn bằng áp lực.
- Khuôn đột dập: còn gọi là khuôn cối, dùng để chế tạo các sản phẩm mỏng
từ vật liệu lá bằng phương pháp đột dập.
 Khuôn cho sản phẩm xốp
• Khái niệm
Khuôn cho sản phẩm xốp là khuôn được dùng trong các phương pháp gia
công sản phẩm xốp.
• Phân loại
- Khuôn đúc khối (block molding): vật liệu xốp được đúc trong một khuôn
lớn tạo thành xốp dạng khối lớn
Hình 2.9 Hệ thống khuôn đúc xốp dạng khối
- Khuôn tạo hình (shape molding): vật liệu xốp được đúc theo hình dạng
tạo hình của lòng khuôn
a)
21
b)
Hình 2.10 a) Máy đúc khuôn xốp tạo hình
b) Lòng khuôn và lõi khuôn đúc xốp tạo hình
a. Công nghệ chế tạo khuôn mẫu
 Công nghệ truyền thống
Hầu hết các công việc cơ bản đều do con người trực tiếp thực hiện:
- Thu thập thông tin sản phẩm.
- Phác họa ý tưởng – phân tích, lựa chọn ý tưởng phù hợp.
- Thiết kế tổng thể, sau đó thiết kế cho sản phẩm.
- Chế tạo thử: bằng vật liệu đơn giản hoặc vật liệu thực.
- Thiết kế chế tạo khuôn (mặt phân khuôn, lòng khuôn, các dụng cụ khác)
- Chế tạo thử: phân tích và đánh giá mẫu, sửa chữa thiết kế. Thiết kế được
sửa chữa lại đưa vào quá trình chế tạo thử… Quá trình như vậy nhằm chế
tạo ra sản phẩm phù hợp nhất với yêu cầu của chi tiết.
- Chế tạo thật phục vụ cho gia công sản phẩm, chi tiết thật.
- Kiểm tra chất lượng, lắp ráp, đóng gói.
Đặc điểm:
- Hầu hết các giai đoạn đều do con người trực tiếp thực hiện.
- Quá trình thiết kế, chế thử kéo dài, khó đạt được phương án thiết kế tối
ưu, phải sử dụng nhiều thiết bị, năng suất thấp.
- Độ chính xác thiết kế và chế tạo thấp, khó đạt độ chính xác cao.
b. Công nghệ gia công trên CNC
Quá trình thiết kế, chế tạo với công nghệ cao thực chất là dùng máy tính
để trợ giúp con người trong hầu hết các bước (giai đoạn) quan trọng của quá
trình thiết kế, chế tạo sản phẩm.
Với việc sử dụng các công cụ trợ giúp máy tính cùng các phần mềm
chuyên dụng như CAD/CAM/CNC, khắc phục được các nhược điểm của quá
trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống, hỗ trợ người
22
thiết kế rất lớn trong thiết kế, chế tạo khuôn mẫu cũng như chi tiết sản phẩm,
giúp tiết kiệm thời gian, năng lượng, đảm bảo năng suất cao.
Ưu điểm của công nghệ gia công trên CNC là:
- Nâng cao năng suất.
- Độ chính xác và độ chính xác lặp lại cao.
- Hạ giá thành sản xuất.
- Giảm giá thành điều hành sản xuất.
c. Các phần mềm dùng trong thiết kế khuôn
Một số phần mềm CAD/CAM phổ biến dùng trong cơ khí chế tạo và sản
xuất công nghiệp:
- AUTOCAD: dùng cho thiết kế cơ khí, xây dựng, kiến trúc, điện tử.
- SOLIDWORK: mạnh trong thiết kế và tính toán cơ khí chế tạo.
- CIMATRON: tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho cơ khí chế tạo.
- MASTERCAM: tích hợp liên hoàn CAD/CAM/CNC cho thiết kế cơ khí
chế tạo.
- DENFORD: giải pháp CAD/CAM/CNC trọn gói.
- PRO/ENGINEER: phần mềm CAD/CAM/CAE tích hợp, cùng với chức
năng trợ giúp thiết kế, phân tích kỹ thuật.
- CATIA: phần mềm chuyên thiết kế sản phẩm, mô hình 3D tích hợp
CAD/CAM/CAE.
- UNIGRAPHICS: phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE, rất mạnh trong
thiết kế, tính toán chế tạo cơ khí trong đó có thiết kế khuôn mẫu.
d. Quá trình thiết kế khuôn ép xốp
Quá trình thiết kế khuôn ép xốp định hình bao gồm các bước sau:
- Bước 1: Thiết kế chi tiết
- Bước 2: Tìm hiểu số liệu về máy ép xốp: cần chú ý các thông số về kích
thước bệ khuôn tối đa và tối thiểu, khoảng mở khuôn lớn nhất và nhỏ
nhất, kích thước đầu phun nước, khí nén, áp suất hơi nước…
- Bước 3: Tính toán độ co ngót của vật liệu (Shrinkage), phân tích CAE.
Trong thực tế khi làm nguội sản phẩm sẽ phát sinh sự co ngót dẫn đến sai
lệch kích thước của sản phẩm ở nhiệt độ thường gọi là sự co ngót.
Công thức tính hệ số co ngót:
-D M
D
α
=
Trong đó: D – kích thước của khuôn
23
M – kích thước của sản phẩm ở nhiệt độ thường
- Bước 4: Tính toán lựa chọn mặt phân khuôn (Patching surface)
- Bước 5: Thiết kế lõi khuôn và lòng khuôn (Core và Cavity)
- Bước 6: Tạo bộ khuôn hoàn chỉnh: Thiết kế kênh dẫn (Runner), các tấm
khuôn (Mold Plate), hệ thống định vị, hệ thống đẩy (Injection), hệ thống
làm nguội (Cooling)
- Bước 7: Lập trình gia công lòng khuôn và lõi khuôn.
- Bước 8: Tổng hợp, lập bản vẽ thiết kế.
2.3.2 Công nghệ ép xốp
a. Giới thiệu về xốp
Mốp xốp được sản xuất từ nguyên liệu dạng hạt Expanded Polystyrene
(EPS), dạng hạt có chứa chất khí Bentan (C
5
H
12
) dễ cháy.
Mốp xốp – nhựa EPS là sản phẩm phục vụ trong nhiều lĩnh vực khác
nhau, có tính chất nhẹ, cách âm, cách nhiệt, chống nóng, giảm ồn, độ bền va đập
cao
Expanded Polystyrene (EPS) là một loại nhựa cứng có lỗ hổng dạng tổ
ong được tìm thấy trong nhiều hình dạng và các ứng dụng khác nhau. Nó được
dùng làm hộp thực phẩm, đóng gói đồ điện và làm tấm cách nhiệt trong xây
dựng.
EPS được chiết xuất từ dầu thô như trong sơ đồ hình 2.10
24
Hình 2.10 Nguồn gốc của EPS (trích trang 2 [6])
b. Quá trình sản xuất sản phẩm xốp
Việc chuyển đổi của EPS thành sản phẩm được thực hiện qua ba giai đoạn
như hình 2.11:
25
Hình 2.11 Quá trình sản xuất xốp (trích trang 3[6])
Giai đoạn 1: Giai đoạn kích nở trước
Các nguyên liệu thô được làm nóng trong các máy chuyển dụng (pre –
expanders machine) với hơi nước ở nhiệt độ từ 80-100°C. Tỷ trọng của nguyên
liệu này giảm từ 630kg/m
3
đến khoảng 10 - 35kg/m
3
. Ở giai đoạn kích nở trước
này, hạt nguyên liệu thô chuyển biến thành hạt nhựa rỗ có các khoang nhỏ kín
giữ không khí bên trong.
Giai đoạn 2: Giai đoạn ủ trung gian và ổn định
Khi làm mát, các vùng chân không bên trong cấu trúc hạt xốp vừa kích nở
sẽ được bù bởi sự khuếch tán không khí. Quá trình này gọi là quá trình ủ trung
gian của vật liệu trong buồng ủ (Silo). Các hạt xốp được sấy khô ở cùng một
thời điểm. Bằng cách này các hạt xốp sẽ đạt được sự đàn hồi cơ khí và nâng cao
khả năng giãn nở - rất quan trọng trong giai đoạn biến đổi tiếp theo.

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×