nghiên cứu qui trình gia công khuôn trên máy phay 5 trục ucp 600

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN
TRÊN MÁY PHAY 5 TRỤC UCP 600
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2011 - 57

S KC 0 0 3 6 6 6

Tp. Hồ Chí Minh, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN
TRÊN MÁY PHAY 5 TRỤC UCP 600
Mã số: T2011-57

Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Minh Triết

TP. HCM, 11/2011


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH GIA CÔNG KHUÔN
TRÊN MÁY PHAY 5 TRỤC UCP 600

Mã số: T2011-57

Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Minh Triết

TP. HCM, 11/2011


Mục lục

Trang bìa ............................................................................................................. i
Mục lục ............................................................................................................ vii

Chương 1 Tổng quan .......................................................................................1
1.1 Tình hình sản xuất nhựa trên thế giới ....................................................1
1.2 Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam ...................................................2
Chương 2 Thiết kế khuôn sản phẩm móc khóa..............................................6
2.1 Thiết kế sản phẩm...............................................................................7
2.2 Thiết kế khuôn ....................................................................................8
Chương 3 Gia công khuôn.............................................................................18
3.1 Gia công miếng ghép di động .............................................................19
3.2 Gia công miếng ghép cố định..............................................................21
3.3 Gia công các tấm còn lại .....................................................................23
Chương 4 Kết quả..........................................................................................25
4.1 Kết quả mô phỏng trên phần mềm ......................................................25
4.2 Kết quả thực nghiệm...........................................................................34
Chương 5 Kết luận ........................................................................................36
5.1 Kết luận ..............................................................................................36
5.2 Hướng phát triển của đề tài .................................................................37
Tài liệu tham khảo .............................................................................................38

viii


Chương 1

Tổng quan
1.1 Tình hình sản xuất nhựa trên thế giới
Bước vào thiên niên kỷ mới, con người ngày càng phải đối mặt với rất nhiều
khó khăn của cuộc sống. Và một trong những khó khăn lớn nhất mà con người phải
đối mặt là sự cạn kiệt về nguồn tài nguyên như gỗ, dầu mỏ, kim loại… Tuy nhiên,
chính nhờ sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật hiện nay đã đáp ứng ngày
càng tốt hơn nhu cầu của con người về mọi mặt, những vật liệu mới có các tính
năng ưu việt hơn đã được tìm thấy. Trong đó nổi bật trên hết chính là chất dẻo.
Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc polymer được dùng làm vật liệu sản xuất
nhiều loại vật dụng góp phần quan trọng vào phục vụ đời sống con người cũng như
cho sự phát triển của nhiều ngành và lĩnh vực kinh tế khác như: điện, điện tử, viễn
thông, giao thông vận tải, thủy sản, nông nghiệp,…. (Hình 1.1).

Hộp nhựa

Pedan

Tay cầm

Dao

Mặt nạ xe máy

Mũ bảo hiểm

Chụp đèn

Hình 1.1 Một số sản phẩm nhựa thông dụng [1]

1

Logo


Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, chất dẻo còn được ứng dụng
và trở thành vật liệu thay thế cho những vật liệu truyền thống dường như không thể
thay thế được là gỗ, kim loại, silicat…. Do đó, ngành công nghiệp nhựa ngày càng
có vai trò quan trọng trong đời sống cũng như sản xuất của các quốc gia. Nó biểu
hiện ở chỉ số chất dẻo bình quân đầu người tăng nhanh qua các năm ( Bảng 1.1 ).
Bảng 1.1 Chất dẻo bình quân đầu người ở một số nước (kg/người) [2]
Quốc gia

1995

1999

Việt Nam

3,79

9,43

Indonexia

16

20

Thái Lan

23

32

Malaysia

31

48,5

Singapore

100

105

Nhật Bản

85

110

Mỹ

108

120

1.2 Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam
Kể từ năm 2000 trở lại đây, ngành công nghiệp sản xuất nhựa của Việt Nam đã
duy trì tốc độ tăng trưởng cao nhờ tiêu dùng trong nước và xuất khẩu khẩu tăng
mạnh. Tiêu thụ nhựa bình quân theo đầu người tại Việt Nam năm 1975 chỉ ở mức
1kg/năm và không có dấu hiệu tăng trưởng cho đến năm 1990. Tuy nhiên, kể từ
năm 2000 trở đi, tiêu thụ bình quân đầu người đã tăng trưởng đều đặn và đạt ở mức
12kg/năm và đỉnh cao là năm 2010 là 40kg/người ( Hình 1.2) [1].

2


Hình 1.2 Tiêu thụ sản phẩm nhựa bình quân theo đầu người tại Việt Nam
(đơn vị: kg/người) [1]
Ở Việt Nam, sản phẩm nhựa cũng đã có mặt trong hầu hết các ngành, từ công
nghiệp, nông nghiệp đến giao thông vận tải, xây dựng... Những sản phẩm đòi hỏi
chất lượng cao như ống dẫn dầu, đồ nhựa cho ôtô hay máy vi tính cũng đã được các
doanh nghiệp sản xuất thành công thay thế nhập khẩu mà điển hình là những tên tuổi
như Tiền Phong, Phương Đông, Tân Tiến, Bình Minh...
Không chỉ vậy, thời gian gần đây, nhựa được đánh giá là một trong những mặt
hàng có tốc độ tăng trưởng xuất khẩu nhanh nhất cả nước (chỉ đứng thứ 4 sau cơ
khí, hạt tiêu và cà phê) với những thị trường xuất khẩu còn hết sức rộng lớn và
không quá khó để thâm nhập. Sản phẩm nhựa Việt Nam có tiềm năng phát triển rất
lớn để tạo được vị thế vững chắc trên thị trường quốc tế. Sản phẩm nhựa Việt Nam
có vị thế khá cạnh tranh trên trường quốc tế, nhờ vào (1) việc áp dụng các công
nghệ sản xuất tiên tiến; (2) được hưởng những ưu đãi về thuế quan và (3) có khả
năng thâm nhập thị trường tốt. Điều đó thể hiện qua kim ngạch xuất khẩu nhựa của
Việt Nam tăng qua mỗi năm ( Hình 1.3).

3


2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0

1850
1600
1200

2005

1700

1354

2006

2007

2008

2009

Hình 1.3 Kim ngạch xuất khẩu nhựa của Việt Nam năm 2004 – 2009
(đơn vị: triệu USD) [2]
Trong khi đó, xuất khẩu sản phẩm nhựa tăng cũng kích thích sự tăng trưởng
của ngành sản xuất nhựa tại Việt Nam. Nhựa là một trong những mặt hàng xuất
khẩu có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất tại Việt Nam trong 5 năm trở lại đây. Theo
một số báo cáo, dự báo năm 2010 xuất khẩu sản phẩm nhựa sẽ đạt 1 tỉ USD
Sản phẩm nhựa Việt Nam hiện có mặt tại hơn 70 nước trên thế giới, bao gồm
các nước ở Châu Á, Châu Mỹ, Châu Phi, Châu Âu và Trung Đông. Các thị trường
xuất khẩu lớn nhất của Việt Nam là Hoa Kỳ, Nhật Bản, Campuchia, Đức, Anh, Hà
Lan, Pháp, Đài Loan, Malaysia và Philippines.
Nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất nhựa ngày càng tăng do sự gia tăng mạnh
trong tiêu dùng ở cả trong và ngoài nước, Việt Nam đã phải nhập khẩu nhiều hơn
nhựa nguyên liệu cũng như thiết bị và máy móc sản xuất. Việt Nam nhập khẩu nhựa
nguyên liệu chủ yếu từ Đài Loan, Hàn Quốc, Thái Lan, Singapore, Nhật Bản,
Malaysia, Hoa Kỳ, Trung Quốc và Ả Rập Xê-út. Hình 1.4 thể hiện sản lượng và
kim ngạch nhập khẩu nhựa nguyên liệu của Việt Nam.
Ngoài việc nhập khẩu 70% - 80% nguyên liệu nhựa đầu vào mỗi năm [1], Việt
Nam nhập khẩu hầu như tất cả các thiết bị và máy móc cần thiết để sản xuất các sản
4


phẩm nhựa. Phần lớn các thiết bị và các loại máy sản xuất nhựa được nhập khẩu
từ một số nước châu Á bao gồm: Đài Loan, Trung Quốc, Hàn Quốc, và Nhật Bản.
Ngoài ra, Việt Nam còn nhập khẩu một số lượng các thiết bị sản xuất nhựa và
máy móc từ Đức và Ý. Năm 2008, nhập khẩu thiết bị sản xuất nhựa và máy móc
từ Hoa

Kỳ ước tính đạt 2,5% tổng kim ngạch nhập khẩu [1].

Sản lượng nhựa nhập khẩu ( nghìn tấn)
Kim ngạch nhập khẩu nhựa ( triệu USD)
Hình 1.4 Kim ngạch nhập khẩu nguyên liệu nhựa nuyên liệu của Việt
Nam
(đơn vị: triệu USD)
[1]

5


Chương 2

Thiết kế khuôn sản phẩm móc khóa
Quy trình chế tạo khuôn được thực hiện qua nhiều giai đoạn. Nội dung của
chương này sẽ trình bày phần thiết kế sản phẩm CAD, giai đoạn đầu tiên của quy
trình. Các công việc trong phần CAD là:
 Thiết kế sản phẩm: thiết kế sản phẩm, trao đổi với người thiết kế khuôn và
gia công để đưa ra sản phẩm như mong muốn.
 Thiết kế khuôn: gồm nhiều bước nhỏ như tính toán số lòng khuôn, hệ thống
dẫn nhựa, hệ thống làm nguội... Sau cùng sẽ thiết kế một bộ khuôn hoàn
chỉnh trên phần mềm.
2.1 Thiết kế sản phẩm

Hình 3.1 Sản phẩm thiết kế

6

Sản phẩm có hình dạng con mèo, dùng để làm móc khóa nên đòi hỏi tính thẩm
mỹ và cơ tính cao. Sản phẩm có khối lượng 5g, được ép bằng nhựa PS, một loại
nhựa trong suốt, dễ pha màu, chịu va đập.
2.2 Thiết kế khuôn
2.2.1 Tách khuôn
a) Đặt mẫu thiết kế lên mặt phẳng chuẩn
Hai sản phẩm cách nhau theo X=11mm, Y=32mm

Hình 3.2 Bố trí sản phẩm

b) Tạo phôi
Phôi có kích thước 140x115x70 mm

7


Hình 3.3 Phôi của sản phẩm
c) Nhập hệ số co rút của vật liệu
Độ co rút của nhựa PS là 0.3-0.6 (g/cm3). Chọn độ co rút = 0.4 (g/cm3).
d) Tạo mặt phân khuôn
Sản phẩm chỉ cần 1 mặt phân khuôn, chọn mặt phân khuôn như Hình 3.4.

Hình 3.4 Mặt phân khuôn của sản phẩm
e) Tạo các thể tích khuôn
8


(a) Miếng ghép cố định

(b) Miếng ghép di động

Hình 3.5 Hai miếng ghép
f) Thiết kế hệ thống kênh dẫn nhựa
Cuống phun: kích thước như Hình 3.6

Hình 3.6 Cuống phun

`

Kênh dẫn chính: tiết diện hình thang hiệu chỉnh có D = 3.75 mm, góc 100

9


Kênh dẫn phụ: tiết diện hình thang hiệu chỉnh có D = 2.75 mm, góc 100
Miệng phun: cạnh, kích thước 1 mm.
g) Thiết kế hệ thống làm nguội
Chọn kênh có đường kính 8mm. Kênh làm nguội cách sản phẩm là 18mm,
khoảng cách giữa 2 kênh là 24 mm.
Do sản phẩm dùng lõi rời nên phần kênh làm nguội có thêm bộ phận O’ring là
vòng cao su đặt giữa lõi và lòng khuôn nhằm không cho nước chảy ra ngoài .

Hình 3.7 Kích thước O’ring [5]
Kênh dẫn có tiết diện tròn, đường kính d= 8 mm. Kích thước như Hình 3.7
Vòng O’ring: hình elip có Rx = 2 mm, Ry = 1.2 mm => Các kích thước còn lại
t = 20%*Ry = 0.24 mm
L = 2 mm
h) Ép thử sản phẩm

10

Hình 3.8 Sản phẩm ép thử trên phần mềm
2.2.2 Thiết kế các bộ phận của bộ khuôn
a) Hai tấm kẹp : kích thước 250x230x20 mm

(a) Tấm kẹp cố định

(b) Tấm kẹp di động

Hình 3.9 Hai tấm kẹp
b) Hệ thống đẩy, hồi
Theo (2.8 ), chốt đẩy có đường kính > 2 mm => chọn d = 2.5mm và d = 5mm.
Theo Bảng 2.7 chọn tấm đẩy có độ dày là 12 mm.

11


(a) Tấm đẩy

(b)Tấm giữ

(c) Lò xo

(d) Chốt đẩy

(e) Chốt hồi
Hình 3.10 Hệ thống đẩy và hệ thống hồi
Chốt hồi:

L=118 mm, d=12 mm.

Lò xo:

đường kính trong: 13.5 mm
Đường kính ngoài: 25 mm
Chiều dài: 40 mm

c) Gối đỡ
Kích thước: 250x34x70 mm.
* Kiểmtra khoảng đẩy
Tấm đẩy có chiều dày L1 = 12 (mm)
Tấm giữ có chiều dày L2 = 12 (mm)
Gối đỡ có chiều dày L3 = 70 (mm)

12


=> Khoảng đẩy : L = L3 – L2 – L1 = 70 – 12 – 12 = 46 (mm)
Độ cứng của lò xo. Loại lò xo màu vàng có độ ép là 40%
Khoảng đẩy sau khi lò xo nén = 40% x 46 = 18.4 (mm)
Chiều cao tối đa của sản phẩm là 12 (mm)
=> Hoàn toàn có thể đẩy sản phẩm ra được.
d) Hai tấm khuôn
Kích thước 70x180x230 (mm)

(a) Tấm lõi khuôn

(b) Tấm cốc khuôn

Hình 3.11 Hai tấm khuôn
e) Miếng ghép
Miếng ghép có tác dụng dễ thay thế khi tấm khuôn bị hỏng.
Kích thước 35 x 140 x 155 (mm)

13


(a) Miếng ghép cố định

(b) Miếng ghép di động

Hình 3.12 Miếng ghép

14


e) Các bộ phận còn lại
Chốt dẫn hướng có đường kính 20mm, L= 100mm
Bạc dẫn hướng : đường kính trong d= 20 mm, đường kính ngoài D= 30 mm.
Bạc cuống phun có chiều dài L=70mm, đường 3mm, góc 40.

(a) Bạc dẫn hướng

(b) Chốt dẫn hướng

(d) O’ring

(c) Bạc cuống phun

Hình 3.13 Các bộ phận khác của khuôn
2.2.3 Lắp ráp thành bộ khuôn hoàn chỉnh

15


(b) Phần cố định

(a) Phần di động

(c) Lắp khuôn hoàn chỉnh
Hình 3.14 Bộ khuôn thiết kế hoàn chỉnh trên phần mềm

16


Chương 3

Gia công khuôn
Gia công khuôn là giai đoạn thứ ba trong quy trình thiết kế khuôn, còn gọi là
giai đoạn CAM. Trong bước này, các công việc phải làm bao gồm:
 Chọn hệ thống công nghệ: máy, đồ gá, dụng cụ cắt.
 Chọn vật liệu làm khuôn: chọn thép C45 cho các tấm khuôn.
 Gia công trên máy CNC 5 trục MIKRON UCP 600V ở trung tâm công nghệ
cao - Đại học SPKT TPHCM.
 Đánh bóng khuôn: đánh bóng bằng tay với các dụng cụ như giấy nhám, đá
mài.
 Lắp ráp thành khuôn hoàn chỉnh.
Trong chương này sẽ trình bày hai nội dung chính là gia công phần miếng
ghép di động và cố định. Đây là hai phần quan trọng của bộ khuôn, tạo nên hình sản

phẩm.

Hình 4.1 Máy CNC CNC 5 trục MIKRON UCP 600V
Trung tâm công nghệ cao - Đại học SPKT TPHCM.

17


3.1 Gia công miếng ghép di động
3.1.1 Các bước chuẩn bị
Phôi : kích thước 140 x 115 x 35 mm
Vật liệu sử dụng: thép C45
Dụng cụ cắt dao hợp kim : End mill Ø3; Ball mill: R1, R0.75, R0.5; Twist
drill: Ø3, Ø 4.5
3.1.2 Lập quy trình công nghệ
a) Bản vẽ tấm khuôn gia công

Hình 4.2 Bản vẽ chi tiết gia công miếng ghép di động

Hình 4.3 Bản vẽ gá đặt gia công miếng ghép di động

18


b) Phiếu công nghệ
Phiếu công nghệ như Bảng 4.1
Bảng 4.1 Phiếu công nghệ gia công miếng ghép di động

TT

Chu trình
công nghệ

Dao
(Tên – ký
hiệu)

1

Drilling
(ty giật đuôi
keo)

T01: Twist
Drills Ø4.5

2

Drilling
(khoan 8 lổ ty
đẩy )

3
4
5
6
7
8
9
10

Roughing
(gia công thô)
Profile milling
(gia công thô
tai )
Re-Roughing
(Gia công bán
tinh)
Finshing
(gia công tinh)
Surface Mill
(Tinh tai và
nơ)
Roughing
(gia công thô
Runner )
Re-Roughing
(bán tinh
runner)
Finshing
(tinh runner)

T02:Twist
Drills Ø2.9

Chế độ cắt
Step
depth
(mm)

Step
over
(mm)

20

20

Cut
feed
(mm/v)

Spindle Plunge
Speed
feed
(v/ph) (mm/ph)

150

500

150

500

T03: End
Mill Ø3

0.5

1.4

200

8000

40

T04: Ball
Mill Ø1.5

0.2

0.2

150

12000

70

T05: Ball
Mill Ø2

0.2

0.2

200

0.1

250

12000

100

T06: Ball
Mill
Ø1.5

8000

T07: Ball
Mill Ø 1

0.1

0.1

200

15000

100

T08: End
Mill Ø2

0.5

0.9

200

8000

50

0.12

250

8000

100

0.1

250

8000

100

T09
end Mill
Ø2

T010: Ball
Mill Ø 2

0.2

19


3.1.3 Kết quả mô phỏng gia công miếng ghép di động

(b) Gia công thô

(b) Gia công tinh

Hình 4.4 Mô phỏng gia công miếng ghép di động
3.1.4 Kết quả gia công miếng ghép di động trên máy CNC

Hình 4.5 Kết quả gia công miếng ghép di động

20


3.2 Gia công miếng ghép cố định
3.2.1 Các bước chuẩn bị
Kích thước phôi : 140x115x35
Vật liệu sử dụng gia công thép C45
Dụng cụ cắt :

End mill : Ø10, Ø3
Ball mill : R1, R0.75, R0.5

Twist drill: Ø11

3.2.2 Lập quy trình công nghệ
a) Bản vẽ tấm khuôn gia công

Hình 4.6 Bản vẽ chi tiết gia công miếng ghép cố định

Hình 4.7 Bản vẽ gá đặt gia công miếng ghép cố định

21